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150吨平头塔式起重机整机结构分析及优化设计

作　者: 邓治强
导　师: 夏永发
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 平头塔机 有限元 ANSYS 结构分析 优化设计
分类号: TH213.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


随着建筑业机械化施工能力的提高,适合多台塔机在同一工地交叉安装使用的平头塔式起重机的优势越来越得到认可,其需求量也不断提高。技术人员对平头塔机的结构特性研究也变得越来越具有实际意义。本文以有限元法和优化设计法为理论基础,以有限元分析软件ANSYS为平台,针对平头塔式起重机典型工况,对该塔机的强度、刚度、模态、谐振响应、屈曲稳定性进行了分析。在满足强度、刚度基础上,运用ANSYS优化模块对平头塔机结构尺寸进行优化,以实现起重机结构轻量化的目的。主要研究工作如下：(1)综合运用ANSYS实体建模和直接建模法,利用ANSYS的梁单元BEAM188简化为空间桁架结构,建立平头塔机整机有限元模型。基于参数化技术,利用ANSYS的参数化语言APDL编制了整机结构的有限元参数化命令流。选择四个典型工况,对组合载荷作用下的起重机的静强度、静刚度分别进行了分析。(2)对塔机的模态特性和谐响应进行了分析,提取模态分析中的前8阶固有频率主振型,并对结果进行了分析,得出平头塔机的振动属于低频振动。通过谐响应分析,确定了平头塔机在简谐激励下的稳态响应和幅频曲线,从这些响应曲线可以找到谐振响应的峰值。(3)介绍了ANSYS的结构特征值屈曲和非线性屈曲分析,并利用ANSYS对平头塔机结构进行了屈曲特征值分析,通过对平头塔机典型工况下的屈曲特征值分析,从而确定结构在何种工况下容易失稳。(4)在最大起重力矩处承载最大载荷的工况下,对平头塔机进行优化设计,在满足强度刚度等条件下,通过优化主要构件的截面尺寸,合理减轻平头塔机的质量。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 平头塔机结构特点  10-11
  1.2 国内外平头塔机发展概况  11-12
  1.3 起重机现代设计法简述  12-15
    1.3.1 有限元设计  12-14
    1.3.2 优化设计  14-15
  1.4 题目的来源及意义  15-16
  1.5 本课题的国内外动态  16
  1.6 本论文的研究内容  16-18
第2章 平头塔机静力学分析  18-42
  2.1 平头塔机参数及结构  19-21
    2.1.1 平头塔机参数  19
    2.1.2 平头塔机结构  19-21
  2.2 平头塔机材料及构件  21-23
  2.3 确立许用强度和刚度  23-24
    2.3.1 确立许用强度  23-24
    2.3.2 确立许用刚度  24
  2.4 平头塔机有限元模型  24-30
    2.4.1 单元选择  25-28
    2.4.2 量纲选择  28
    2.4.3 有限元离散  28-30
  2.5 工况及载荷确定  30-32
  2.6 求解及结果分析  32-40
    2.6.1 平头塔机强度分析  33-38
    2.6.2 平头塔机刚度分析  38-40
  2.7 本章小结  40-42
第3章 平头塔机模态与谐响应分析  42-54
  3.1 模态分析  42-49
    3.1.1 模态分析理论  42-44
    3.1.2 ANSYS模态分析过程  44-45
    3.1.3 结果分析  45-49
  3.2 谐响应分析  49-53
    3.2.1 谐响应分析理论  49
    3.2.2 谐响应分析过程  49
    3.2.3 谐响应分析结果  49-53
  3.3 本章小结  53-54
第4章 平头塔机屈曲特性分析  54-60
  4.1 结构稳定性分析的理论基础  54-55
  4.2 平头塔机特征值屈曲分析  55-58
    4.2.1 特征值屈曲分析过程  55-57
    4.2.2 屈曲特征值结果分析  57-58
  4.3 本章小结  58-60
第5章 平头塔机优化设计  60-70
  5.1 优化设计概述  60-62
    5.1.1 优化设计模型  60-61
    5.1.2 优化设计变量  61
    5.1.3 优化约束条件  61
    5.1.4 优化目标变量  61-62
  5.2 ANSYS优化设计概述  62
  5.3 基于APDL的平头塔机优化设计  62-69
    5.3.1 优化变量  64-66
    5.3.2 优化分析程序  66-67
    5.3.3 优化结果分析  67-69
  5.4 本章小结  69-70
第6章 结论及展望  70-72
  6.1 结论  70
  6.2 展望  70-72
参考文献  72-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 起重机械与运输机械 > 起重机械 > 自行式起重机 > 塔式
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