【摘要】：考慮機(jī)構(gòu)彈性影響的運(yùn)動(dòng)彈性動(dòng)力分析是目前機(jī)械動(dòng)力學(xué)和工程力學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),而具有柔性臂架的起重機(jī)械就是其中一種典型的重載柔性機(jī)械。具有柔性運(yùn)動(dòng)臂架的起重機(jī)械在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,受到較大的軸向和橫向載荷的共同作用,為保證其工作的安全可靠,對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的動(dòng)力學(xué)分析是非常必要的。本文以幾何非線(xiàn)性有限元和柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法為基礎(chǔ),對(duì)計(jì)及二階效應(yīng)的運(yùn)動(dòng)柔性梁桿系統(tǒng)的彈性動(dòng)力學(xué)分析方法進(jìn)行研究和探討,對(duì)起重機(jī)械的典型運(yùn)動(dòng)工況進(jìn)行動(dòng)力學(xué)實(shí)例分析,為大柔度動(dòng)臂式起重機(jī)結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)提供重要的理論依據(jù)。 本文基于有限元方法在梁桿結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用,放棄了傳統(tǒng)的插值理論及位移假定與形函數(shù)求取的方法,直接從考慮二階效應(yīng)的縱橫彎曲理論入手,推導(dǎo)柔性梁端部載荷與端部位移的關(guān)系,并將此關(guān)系表示成有限元形式的單元平衡方程,即二階理論條件下壓彎梁的精確有限元方程,進(jìn)而得到二階理論條件下單元精確剛度陣。此方程嚴(yán)格按照二階理論而未作任何假設(shè)或省略。應(yīng)用精確有限元方法對(duì)梁桿結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和二階效應(yīng)中的多個(gè)經(jīng)典算例進(jìn)行分析,并與解析解的結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證了計(jì)及二階效應(yīng)的梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)偠仍诹簵U結(jié)構(gòu)幾何非線(xiàn)性分析中的有效性和精確性。 針對(duì)工程起重機(jī)結(jié)構(gòu)工作于彈性范圍內(nèi)的要求,本文應(yīng)用隨動(dòng)坐標(biāo)法把基于二階理論的小變形非線(xiàn)性梁桿有限元推廣到了大位移小變形狀態(tài)下的幾何非線(xiàn)性梁桿有限元,通過(guò)局部坐標(biāo)系中相對(duì)較小的彈性變形梁平衡方程的高精度描述,結(jié)合整體坐標(biāo)系與隨動(dòng)坐標(biāo)系間位移與變形的準(zhǔn)確坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)幾何非線(xiàn)性大位移的表達(dá),從而得出了大位移桿系結(jié)構(gòu)的高精度全量平衡方程和增量平衡方程,為大柔度起重機(jī)結(jié)構(gòu)幾何非線(xiàn)性分析奠定了基礎(chǔ)。 在起重機(jī)柔性臂架的動(dòng)力學(xué)分析中,將隨動(dòng)的局部坐標(biāo)系內(nèi)描述變形、固定坐標(biāo)系內(nèi)描述剛體運(yùn)動(dòng)及大位移的方法推廣應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)柔性梁桿系統(tǒng),應(yīng)用柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析方法,通過(guò)對(duì)柔性體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)確描述,推導(dǎo)了梁桿單元在局部坐標(biāo)系下的計(jì)及二階效應(yīng)的剛彈耦合運(yùn)動(dòng)方程。質(zhì)量等其他動(dòng)力學(xué)特征矩陣直接與形函數(shù)相關(guān),剛度矩陣則使用高精度有限元方法確定。使用隨動(dòng)坐標(biāo)法,利用結(jié)點(diǎn)位移、速度和加速度在隨動(dòng)坐標(biāo)系與整體坐標(biāo)系內(nèi)的相互關(guān)系,進(jìn)一步得到了單元在整體坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)方程。該方程包含了各種慣性耦合矩陣,全面考慮了柔性單元的剛體運(yùn)動(dòng)和彈性變形間的相互影響和相互耦合,并計(jì)入了二階效應(yīng)的影響。介紹了系統(tǒng)整體運(yùn)動(dòng)方程的組集,討論了運(yùn)動(dòng)方程的求解策略和程序組織,給出了程序流程圖并編制了相應(yīng)的有限元分析程序,對(duì)典型機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)彈性動(dòng)力學(xué)分析,證明了建模理論和所編程序的正確性。 起重機(jī)械的運(yùn)動(dòng)工況復(fù)雜多樣,分析實(shí)例中選取了具有典型意義的水平臂式塔式起重機(jī)的回轉(zhuǎn)制動(dòng)工況和港口起重機(jī)臂架系統(tǒng)的變幅運(yùn)動(dòng)工況進(jìn)行運(yùn)動(dòng)彈性動(dòng)力學(xué)分析。計(jì)算結(jié)果表明,在考慮機(jī)構(gòu)柔性的二階效應(yīng)后,系統(tǒng)的位移和桿件內(nèi)力均有較大幅度增加,對(duì)重要的大柔度起重機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行考慮二階效應(yīng)的運(yùn)動(dòng)彈性動(dòng)力學(xué)分析。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類(lèi)號(hào)】：TH21

【引證文獻(xiàn)】

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2 趙欣;作大范圍運(yùn)動(dòng)格構(gòu)式橋檢車(chē)剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

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2 楊玉姣;全地面起重機(jī)超起拉索鉸點(diǎn)布置對(duì)伸縮臂受力影響研究[D];大連理工大學(xué);2012年

3 薛永飛;全地面起重機(jī)變幅副臂工況起臂研究[D];大連理工大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2794751