本文關(guān)鍵詞： 門式起重機 波紋腹板 優(yōu)化設(shè)計 屈曲分析 可靠性分析　出處：《西南交通大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：箱形梁門式起重機由于具有安全性高、剛度大等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于建筑、生產(chǎn)、物流等多個領(lǐng)域。箱形梁門機金屬結(jié)構(gòu)的重量通常占整機自重的60%以上,一些大型門機則達到90%,因此,對其進行輕量化研究非常有必要。起重機金屬結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計具有多種方法,包括使用高強度合金材料、改進加工工藝與采用更有利的結(jié)構(gòu)形式等。而前兩種方法往往受到成本和現(xiàn)有加工技術(shù)條件的限制,因此,通過改進門機結(jié)構(gòu)形式實現(xiàn)輕量化成為了研究的重點。本文借鑒橋梁和房屋建筑領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的波紋腹板箱形梁結(jié)構(gòu),對箱形梁門式起重機輕量化進行了研究。本文以某廠生產(chǎn)的額定起重量為40t、跨度為30m的帶懸臂箱形雙梁門式起重機為研究對象,選用合適的波紋形狀與尺寸,設(shè)計出波紋腹板門式起重機。利用ANSYS建立傳統(tǒng)直腹板門機與波紋腹板門機的有限元模型,分析并比較兩種門機結(jié)構(gòu)的靜強度、靜剛度與自重。結(jié)果表明:兩種門機結(jié)構(gòu)的靜強度和靜剛度均滿足要求,但波紋腹板門機結(jié)構(gòu)的靜強度和靜剛度略有下降;與傳統(tǒng)直腹板門機相比,波紋腹板門機門架結(jié)構(gòu)節(jié)約鋼材7776kg,自重降低8.01%。綜合應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS與多學科優(yōu)化平臺ISIGHT對波紋腹板門式起重機和傳統(tǒng)直腹板門式起重機進行優(yōu)化設(shè)計。與優(yōu)化后傳統(tǒng)直腹板門機相比,優(yōu)化后波紋腹板門機門架結(jié)構(gòu)節(jié)約鋼材6381kg,自重降低7.56%,實現(xiàn)了輕量化設(shè)計。研究了優(yōu)化后波紋腹板門機的靜態(tài)和動態(tài)性能。首先,應(yīng)用ANSYS校核門機的靜強度和靜剛度;考慮材料非線性和幾何非線性的影響,采用一致缺陷模態(tài)法模擬波紋腹板初始幾何缺陷,對波紋腹板門機主梁進行非線性屈曲分析,校核門機主梁波紋腹板的局部穩(wěn)定性。分析結(jié)果表明:優(yōu)化后波紋腹板門機的靜強度、靜剛度與主梁波紋腹板的局部穩(wěn)定性均滿足要求。然后,運用分塊蘭索斯法對波紋腹板門機結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析,得到滿載小車位于跨中時門機的前8階固有頻率和振型,其中第7階振型為門機在垂直方向的振動,固有頻率為3.727Hz,在推薦值2Hz～4Hz之間,說明門機結(jié)構(gòu)的動剛度滿足要求。最后,利用ANSYS分析了波紋腹板門式起重機在起吊貨物突然離開地面時的動態(tài)響應(yīng)特性�？紤]波紋腹板門機材料特性、載荷及尺寸參數(shù)的不確定性,基于強度失效理論,利用ANSYS的PDS模塊對波紋腹板門機結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進行可靠性分析。結(jié)果表明:吊重Q的不確定性是影響門機結(jié)構(gòu)可靠度的關(guān)鍵因素;當?shù)踔刈畲蟪d10%時,波紋腹板門機的可靠度為99.207%;當不存在超載情況時,波紋腹板門機的可靠度為99.944%。
[Abstract]:Box girder gantry crane is widely used in many fields such as construction, production, logistics and so on because of its high safety and high stiffness. The weight of metal structure of box girder door crane usually accounts for more than 60% of the weight of the whole machine. Some large gantry cranes are up to 90, so it is necessary to study the lightweight of crane metal structures, including the use of high-strength alloy materials. The first two methods are often limited by cost and existing technological conditions. Through improving the structure form of portal crane to achieve lightweight has become the focus of research. This paper draws lessons from the widely used corrugated web box beam structure in the field of bridge and building construction. The light weight of box-girder gantry crane is studied in this paper. In this paper, the box-type crane with cantilever box gantry is studied, which has a rated lifting weight of 40 t and a span of 30 m. The corrugated web gantry crane was designed with suitable corrugated shape and size. The finite element model of traditional straight web portal crane and corrugated web portal crane was established by ANSYS. The static strength, static stiffness and deadweight of the two kinds of portal crane structures are analyzed and compared. The results show that the static strength and stiffness of the two kinds of portal crane structures meet the requirements, but the static strength and the static stiffness of corrugated web portal crane structures decrease slightly. Compared with the traditional straight web door machine, the structure of corrugated web door crane can save 7776kg of steel. The optimization design of corrugated web portal crane and traditional straight web portal crane was carried out by using the finite element analysis software ANSYS and the multidisciplinary optimization platform ISIGHT. After the traditional straight web door machine compared. The optimized corrugated web portal gantry structure saves 6381kg of steel, reduces the weight 7.56 and realizes the lightweight design. The static and dynamic performance of the optimized corrugated web portal crane is studied. First of all, the static and dynamic properties of the corrugated web portal crane are studied. The static strength and stiffness of the door crane were checked by ANSYS. Considering the influence of material nonlinearity and geometric nonlinearity, the uniform defect mode method is used to simulate the initial geometric defects of corrugated web plate, and the nonlinear buckling analysis of the main beam of corrugated web portal crane is carried out. The results show that the static strength, stiffness and local stability of the corrugated web of the main beam can meet the requirements. The modal analysis of corrugated web portal crane structure is carried out by using block Ranssos method, and the first eight natural frequencies and modes of the full-load trolley are obtained, in which the seventh vibration mode is the vibration of the portal crane in the vertical direction. The natural frequency is 3.727Hz. between the recommended value of 2Hz and 4Hz, it shows that the dynamic stiffness of the gantry structure meets the requirements. The dynamic response characteristics of corrugated web gantry crane were analyzed by ANSYS, and the uncertainty of material characteristics, load and dimension parameters of corrugated web portal crane was considered. Based on the strength failure theory, the reliability analysis of corrugated web portal crane structure system is carried out by using PDS module of ANSYS. The results show that the uncertainty of hoisting Q is the key factor affecting the reliability of portal crane structure. The reliability of the corrugated web door crane is 99.207 when the maximum overloading of the crane is 10; When there is no overload, the reliability of the corrugated web door crane is 99.94444.
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH213.5

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本文編號：1456120