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大载荷高处作业吊篮悬挂装置虚拟设计及优化

作　者: 韩永尚
导　师: 郑夕健
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 高处作业吊篮悬挂装置有限元优化设计弯曲变形动力学仿真可视化
分类号: TU731
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着我国经济不断发展,城市化进程不断加快,建筑施工开始迅猛增长,使得建筑幕墙、钢结构安装、建筑安装施工等行业进入高速发展时期,高处作业吊篮(简称吊篮)作为重要的高处作业建筑施工设备的使用也随之增加。目前,我国吊篮面临承载能力弱,跨度小,安全性能差等问题,同时建筑高处坠落安全事故频发的严峻事实也制约着我国高处作业设备的发展。悬挂装置作为整个吊篮系统的支撑固定机构,悬挂装置的可靠、有效工作对吊篮的承载能力和安全性能至关重要。因此,针对以上问题,本文以ZLP3000型吊篮为研究对象,对重要承载部件——悬挂装置进行虚拟设计和力学分析,以力学优化模型为依据,建立动力学模型,获得参数优化数据,在优化数据的基础上建立参数化设计系统,为大载荷高处作业吊篮产品的开发提供一定的方法及理论参考。本文首先建立悬挂装置的简化力学模型,利用弯曲变形理论,分析悬挂装置在预紧和承受极限工作载荷两种工况下的力学特性,结合VB建立简易优化可视界面,获得极限工作载荷工况下系列可行方案。其次,依据虚拟样机技术,利用ADAMS软件建立悬挂装置动力学模型,对模型进行动力学仿真分析,验证模型的可靠性和准确性：建立悬挂装置参数化模型,生成模型设计变量灵敏度分析报告,依据灵敏度结果对参数化模型进行优化仿真,获得最优结构布置方案。最后,借助有限单元法基本原理,利用参数化设计语言APDL对悬挂装置进行参数化建模；以VB平台,编制接口文件,形成以悬挂装置参数化虚拟设计和有限元分析为核心的悬挂装置优化设计系统,实现整体结构的的参数化建模,优化分析、结果输出。本文以采用自行研发设计的ZLP3000大载荷高处作业吊篮为原型,利用弯曲变形理论、虚拟样机技术和有限单元法相关理论,对大载荷作用下的悬挂装置进行整体结构的优化分析,获得了一套切实可行的结构分析方法。建立的悬挂装置优化设计系统,通过实际应用表明,该系统具备参数输入界面直观、人机对话简便、后台运行快速、建模分析准确等特点,从而降低使用技术难度,拓展实用范围,对吊篮产品的设计研发起到推动作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-13
第一章绪论  13-19
  1.1 课题研究背景  13-14
  1.2 国内外研究现状和发展趋势  14-16
    1.2.1 国外研究现状  14-15
    1.2.2 国内研究现状  15-16
    1.2.3 发展趋势  16
  1.3 课题来源及研究意义  16-17
    1.3.1 课题来源  16
    1.3.2 课题研究的主要意义  16-17
  1.4 主要研究内容及流程  17-19
    1.4.1 研究内容  17
    1.4.2 研究流程  17-19
第二章大载荷高处作业吊篮悬挂装置分析方法  19-35
  2.1 大载荷高处作业吊篮结构组成  19-24
    2.1.1 吊篮结构组成  19-22
    2.1.2 悬挂装置研究相关要求  22-23
    2.1.3 悬挂装置钢丝绳要求  23-24
  2.2 悬挂装置力学分析方法  24-27
    2.2.1 弯曲变形理论介绍  24-25
    2.2.2 挠曲轴近似微分方程  25-26
    2.2.3 叠加原理计算梁的挠度和转角  26-27
  2.3 悬挂装置动力学仿真基础  27-31
    2.3.1 虚拟样机技术的含义  27-28
    2.3.2 虚拟样机软件ADAMS介绍及特点  28-29
    2.3.3 ADAMS在产品研发周期中的几个重要阶段  29-31
  2.4 悬挂装置有限元分析方法  31-34
    2.4.1 有限元求解的基本思路  31-33
    2.4.2 有限元软件ANSYS介绍  33-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章悬挂装置力学分析  35-49
  3.1 高处作业吊篮主要性能参数的确定  35-37
    3.1.1 高处作业吊篮主要性能参数  35
    3.1.2 悬挂装置的结构组成  35-36
    3.1.3 带有配重的悬挂装置稳定性确定  36-37
  3.2 悬挂装置力学模型建立及计算  37-42
    3.2.1 悬挂装置力学模型的建立  37-38
    3.2.2 钢丝绳预紧状态下的计算  38-40
    3.2.3 钢丝绳承受极限工作载荷状态下的计算  40-42
  3.3 悬挂装置结构的参数化设计界面  42-47
    3.3.1 Visual Basic 6.0软件介绍  42-44
    3.3.2 承受极限工作载荷状态的悬挂装置初步寻优  44-47
  3.4 本章小结  47-49
第四章悬挂装置动力学仿真及优化研究  49-65
  4.1 悬挂装置动力学仿真  49-54
    4.1.1 ADAMS柔性体建模介绍及应用  49-50
    4.1.2 悬挂装置动力学模型的建立  50-52
    4.1.3 悬挂装置动力学模型的仿真  52-54
  4.2 悬挂装置参数化建模  54-59
    4.2.1 ADAMS参数化设计介绍  54-56
    4.2.2 参数化设计模型建立  56
    4.2.3 设计变量的灵敏度分析  56-59
  4.3 悬挂装置优化设计分析  59-64
    4.3.1 优化设计的概念  59
    4.3.2 确定优化设计变量  59-60
    4.3.3 确定优化设计目标函数  60-61
    4.3.4 悬挂装置的优化仿真  61-62
    4.3.5 优化结果对比分析  62-64
  4.4 本章小结  64-65
第五章悬挂装置参数化设计系统  65-77
  5.1 悬挂装置参数化设计系统概述  65
  5.2 参数化建模实现  65-67
    5.2.1 APDL参数化语言介绍  65-66
    5.2.2 VB程序系统结构和功能  66-67
    5.2.3 VB程序的主要子程序和设计  67
  5.3 悬挂装置优化文件创建  67-70
    5.3.1 悬挂装置有限元模型的简化  67-68
    5.3.2 悬挂装置单元的选择  68-70
    5.3.3 悬挂装置模型建立  70
  5.4 优化设计系统平台的构建  70-76
    5.4.1 优化设计系统的功能  70-71
    5.4.2 优化设计系统界面设计  71-74
    5.4.3 优化设计结果对比分析  74-76
  5.5 本章小结  76-77
第六章结论  77-79
  6.1 结论  77-78
  6.2 展望  78-79
参考文献  79-83
作者简介  83
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  83-85
致谢  85

大载荷高处作业吊篮悬挂装置虚拟设计及优化

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