本文關鍵詞：橋門式起重機蒙皮式主梁結構性能分析

  更多相關文章： 輕量化設計 蒙皮效應 門式起重機 靈敏度分析 動態(tài)優(yōu)化設計 屈曲分析

【摘要】：目前,橋門式起重機是使用量最大的起重設備,對其實現(xiàn)輕量化設計非常有必要。常規(guī)箱形結構門式起重機的優(yōu)化設計通常以主梁、支腿及上下橫梁截面尺寸為優(yōu)化設計變量。目前的研究文獻中盡管選用了各種各樣的優(yōu)化方法,但受其結構形式所限,各種優(yōu)化方法中結構自重的減輕不會有太大的突破。本文借鑒飛機機翼及鋼結構建筑蒙皮效應,提出一種新型門式起重機結構,探討從結構上對其實現(xiàn)輕量化設計本文以某額定起重量50t、跨度26m的帶懸臂門式起重機為例,主梁采用蒙皮結構,支腿、上橫梁及下橫梁采用常規(guī)板式結構,利用有限元軟件ANSYS對其進行分析及優(yōu)化。其中,板結構采用ANSYS中的板殼單元shell63模擬,桁架結構采用梁單元beam4模擬,起重小車、吊重等集中質量用質量單元nass21模擬。新型蒙皮主梁結構主要采用薄壁箱形結構和桁架結構相結合的方式連接。在ANSYS中建立蒙皮結構主梁門式起重機和普通箱形結構門式起重機模型。通過有限元分析結果,探討兩種模型在強度、剛度等靜態(tài)性能方面的優(yōu)劣并得出新型結構的可行性。相對普通箱形梁整機結構,蒙皮結構箱形梁整機結構的自重減少了11.3%,節(jié)省鋼材約6.4t。對蒙皮結構主梁起重機進行靜態(tài)和動態(tài)分析,首先計算門機在各個工況下的強度和剛度,然后再進行模態(tài)分析和諧響應分析,提取關鍵頻率值,蒙皮結構門機系統(tǒng)在垂直方向的固有頻率為3.978Hz,在推薦值2Hz-4Hz內,動態(tài)剛度滿足要求。最后分析蒙皮厚度、弦桿長細比和腹桿體系對結構的影響,從而為蒙皮結構的合理設計提供依據(jù)。根據(jù)計算分析結果,建議當載荷為20t以下時采用無豎桿結構形式,當載荷為20t到50t時,采用帶豎桿形式,當載荷為50t以上時采用帶豎桿及次豎桿形式。靈敏度分析通過ANSYS軟件來實現(xiàn),此過程即可確定對優(yōu)化目標影響比較大的幾何參數(shù),并將他們選取為設計變量,以結構的質量為目標函數(shù)進行優(yōu)化設計,將優(yōu)化后的方案與優(yōu)化前進行分析對比,優(yōu)化后結構質量比原蒙皮式主梁設計結構減輕了12.06t,減少鋼材達18.37%,實現(xiàn)了輕量化設計,降低了制造成本。對優(yōu)化后的結構進行特征值屈曲分析,選取主梁跨中腹板區(qū)格建立有限元模型進行屈曲分析,得出屈曲放大系數(shù),取一階屈曲載荷放大系數(shù),則該情況下蒙皮薄板失穩(wěn)的臨界載荷為104.8MPa,同時分析了影響主梁蒙皮薄板屈曲載荷的因素。
【關鍵詞】：輕量化設計 蒙皮效應 門式起重機 靈敏度分析 動態(tài)優(yōu)化設計 屈曲分析
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH213.5
【目錄】：

• 中文摘要6-7
• abstract7-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 蒙皮結構研究發(fā)展現(xiàn)狀11
• 1.1.1 蒙皮結構國外發(fā)展現(xiàn)狀11
• 1.1.2 蒙皮結構國內發(fā)展現(xiàn)狀11
• 1.2 蒙皮效應11-12
• 1.3 本論文研究的意義及背景12-14
• 1.4 起重機金屬結構設計方法14-15
• 1.4.1 有限元方法14
• 1.4.2 優(yōu)化設計14-15
• 1.4.3 穩(wěn)定性分析15
• 1.5 論文主要研究的內容15-16
• 1.6 本章小結16-17
• 第2章 門式起重機主梁蒙皮結構的設計17-31
• 2.1 有限元法基本理論17-18
• 2.1.1 有限元法的基本思想17
• 2.1.2 有限單元法的基本分析過程17-18
• 2.2 有限元分析軟件ANSYS簡介18-20
• 2.2.1 ANSYS軟件程序架構18
• 2.2.2 ANSYS軟件的組成18-19
• 2.2.3 參數(shù)化設計語言APDL簡介19-20
• 2.3 門式起重機基本參數(shù)20
• 2.4 門式起重機主梁蒙皮結構的設計20-23
• 2.4.1 門式起重機主梁蒙皮面的生成20-21
• 2.4.2 門式起重機主梁蒙皮結構的幾何模型21-22
• 2.4.3 門式起重機主梁蒙皮結構的參數(shù)設計22-23
• 2.5 傳統(tǒng)結構與蒙皮結構主梁起重機有限元分析23-30
• 2.5.1 建立門機有限元模型23-24
• 2.5.2 有限元計算結果24-29
• 2.5.3 自重比較29-30
• 2.6 本章小結30-31
• 第3章 蒙皮結構主梁起重機結構力學性能分析31-50
• 3.1 門式起重機蒙皮結構靜態(tài)分析31-36
• 3.1.1 載荷組合32-33
• 3.1.2 有限元計算結果33-36
• 3.2 門式起重機蒙皮結構系統(tǒng)模態(tài)分析36-40
• 3.2.1 模態(tài)分析概述36-37
• 3.2.2 模態(tài)分析過程及方法37
• 3.2.3 模態(tài)分析結果37-40
• 3.3 門式起重機蒙皮結構系統(tǒng)諧響應分析40-41
• 3.3.1 諧響應分析簡介40
• 3.3.2 諧響應分析結果40-41
• 3.4 門式起重機蒙皮結構系統(tǒng)參數(shù)分析41-49
• 3.4.1 蒙皮板厚度對結構的影響41-42
• 3.4.2 桁架桿件長細比對結構的影響42-44
• 3.4.3 桁架的腹桿體系對結構的影響44-49
• 3.5 本章小結49-50
• 第4章 蒙皮式門式起重機結構系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化設計50-65
• 4.1 ANSYS優(yōu)化設計50
• 4.2 動態(tài)優(yōu)化設計50-52
• 4.2.1 動態(tài)優(yōu)化設計基本內容50-51
• 4.2.2 動態(tài)優(yōu)化設計建模方法51-52
• 4.2.3 動態(tài)優(yōu)化設計的數(shù)學模型52
• 4.3 靈敏度分析52-54
• 4.4 蒙皮式門式起重機結構系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化設計54-57
• 4.4.1 結構系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化設計數(shù)學模型54-55
• 4.4.2 結構系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化設計結果分析55-57
• 4.5 主梁蒙皮板屈曲分析57-64
• 4.5.1 薄板穩(wěn)定理論57-58
• 4.5.2 主梁蒙皮板彈性屈曲分析有限元模型58-59
• 4.5.3 主梁蒙皮板彈性屈曲結果分析59-60
• 4.5.4 主梁蒙皮板屈曲穩(wěn)定因素探討60-64
• 4.6 本章小結64-65
• 結論與展望65-67
• 致謝67-68
• 參考文獻68-71
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果71

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 劉淑香;于蘭峰;王洪欣;;集裝箱龍門起重機結構系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化設計[J];機械設計與制造;2009年05期

2 于蘭峰;王金諾;;塔式起重機結構系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化設計[J];西南交通大學學報;2007年02期

3 趙滇生;何剡江;徐衛(wèi)敏;;鋼框架中蒙皮效應的若干影響因素[J];浙江工業(yè)大學學報;2008年03期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 胡太彬;隨機結構動力分析與動力可靠性優(yōu)化設計[D];西安電子科技大學;2005年

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本文編號：780877