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重型清障车吊臂和托架强度刚度的有限元分析研究

作　者: 张占国
导　师: 成凯
学　校: 吉林大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 清障车吊臂和托架有限元强度刚度模态
分类号: U469.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

吊臂和托架是重型清障车上最为重要的工作装置。由于吊臂和托架在进行清障、救援作业时承受的载荷工况比较复杂,在传统设计过程中只是根据经验确定其尺寸(参数),缺乏精确的强度、刚度计算方法。设计开发出的产品,在使用过程中会发现一些局部结构存在着不合理的地方,有的地方强度过强,而有些地方强度又过于薄弱,在作业时存在着很大的安全隐患,甚至会造成巨大的经济损失。因此,对清障车的吊臂、托架进行较为精确的强度和刚度计算就显得十分必要。本文利用大型有限元分析软件ANSYS对JG5190TQZ型重型清障车的吊臂和托架进行了数值模拟分析与计算。首先,对吊臂和托架的结构进行分析和简化,建立其分析的计算模型;然后,对其在各种工况下进行强度和刚度的有限元分析,得出各个结构部件在各种工况下的应力和变形情况;其次,针对出现的问题,进行一些结构的改进与完善,指出改进的方向和措施,并且对伸缩臂底部应力影响较大的滑块进行参数化程序设计,得出比较合理的结构形式;最后,对吊臂和托架进行模态分析和计算,掌握其前几阶固有频率及振型,为整体响应分析提供重要的模态参数。本文可以为清障车的设计和开发提供一些有益的探索,对于类型相似的清障车的设计和静、动态分析计算,具有一定的参考价值。

全文目录

第一章绪论  8-15
  1.1 课题的提出  8-11
  1.2 清障车国内外发展状况及趋势  11-13
  1.3 课题研究的主要内容和意义  13-15
    1.3.1 课题研究的主要内容  13
    1.3.2 课题研究的重要意义  13-15
第二章吊臂和托架强度刚度分析的力学模型  15-29
  2.1 吊臂和托架力学模型的理论基础  15-17
  2.2 吊臂和托架的结构分析  17-18
  2.3 吊臂和托架有限元模型的建立  18
  2.4 计算模型的要求和满足的条件  18-19
  2.5 几何结构的简化  19-20
  2.6 单元的选择  20-22
    2.6.1 杆单元LINK8 简介  20-21
    2.6.2 梁单元BEAM188 简介  21-22
    2.6.3 板壳单元SHELL63 简介  22
  2.7 单元网格的选择和划分  22-25
  2.8 约束  25
  2.9 载荷与工况的确定  25-29
    2.9.1 吊臂载荷与工况的确定  26-27
    2.9.2 托架载荷与工况的确定  27-29
第三章吊臂和托架强度刚度的有限元分析计算  29-45
  3.1 ANSYS 软件简介  29-30
  3.2 吊臂在各种工况下的强度刚度分析  30-36
    3.2.1 铰支座弯板在各种工况下的强度刚度分析  30-31
    3.2.2 铰支座立板在各种工况下的强度刚度分析  31-32
    3.2.3 变幅油缸支座在各种工况下的强度刚度分析  32-34
    3.2.4 基本臂臂体在各种工况下的强度刚度分析  34-35
    3.2.5 伸缩臂臂体在各种工况下的强度刚度分析  35-36
  3.3 托架在各种工况下的强度刚度分析  36-41
    3.3.1 耳板在各种工况下的强度刚度分析  37
    3.3.2 垂直臂上油缸座在各种工况下的强度刚度分析  37-38
    3.3.3 基本臂上油缸座在各种工况下的强度刚度分析  38-39
    3.3.4 垂直臂臂体在各种工况下的强度刚度分析  39
    3.3.5 基本臂臂体在各种工况下的强度刚度分析  39-40
    3.3.6 伸缩臂臂体在各种工况下的强度刚度分析  40-41
  3.4 结果  41-43
    3.4.1 吊臂的分析结果  41-42
    3.4.2 托架的分析结果  42-43
  3.5 结论  43-45
    3.5.1 吊臂的分析结论  43
    3.5.2 托架的分析结论  43-45
第四章滑块的参数化程序设计  45-51
  4.1 ANSYS 参数化程序设计语言(APDL)简介  45-46
  4.2 滑块参数化几何模型的建立  46
  4.3 计算结果的分析  46-51
    4.3.1 滑块长度的变化对伸缩臂应力和变形位移的影响  47-48
    4.3.2 滑块宽度的变化对伸缩臂应力和变形位移的影响  48-49
    4.3.3 滑块长度、宽度都变化对伸缩臂应力和变形位移的影响  49-51
第五章吊臂和托架的结构改进与完善  51-55
  5.1 伸缩臂的结构改进与完善  51-54
  5.2 小结  54-55
第六章吊臂和托架的模态分析  55-65
  6.1 模态分析简介  55
  6.2 结构动力学问题的有限单元法  55-57
    6.2.1 结构的动力学方程  56
    6.2.2 结构的无阻尼自由振动方程  56
    6.2.3 结构的固有频率表达式  56-57
  6.3 模态分析的研究方法  57-58
  6.4 吊臂的模态分析计算  58-61
    6.4.1 吊臂在全缩状态下的模态分析  59-60
    6.4.2 吊臂在全伸状态下的模态分析  60-61
  6.5 托架的模态分析计算  61-64
    6.5.1 托架在全缩状态下的模态分析  61-62
    6.5.2 托架在全伸状态下的模态分析  62-64
  6.6 本章小结  64-65
第七章全文总结  65-67
参考文献  67-73
摘要  73-76
ABSTRACT  76-80
致谢  80-81
导师及作者简介  81-82

重型清障车吊臂和托架强度刚度的有限元分析研究

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