基于VB可视化技术的港口门座起重机参数化建模及有限元分析

论文摘要

门座起重机作为大型港口必备的装卸设备，出现各种破坏及故障时会造成严重的灾难性事故，致使生产过程不能正常运行而造成巨大的经济损失。为此，要对这类庞大而复杂的金属结构实施监测或检测，对其金属结构进行静态和动态分析，找出结构较大应力处，再对这些部位进行磁记忆检测、应力测试和无损检测等检验。另外，不同尺寸或不同型号的起重机，由于其应力分布有所不同，监控重点也必定有所差别，对此我们希望对每一台设备都进行分析与判断。针对上述问题，本研究以HM4575D门座起重机为研究对象，运用参数化技术和有限元分析软件ANSYS对起重机的主要结构部件进行有限分析，并采用Visual Basic开发相应的参数化建模及分析软件。主要研究工作如下：1）运用Pro/ENGINEER软件建立起重机的虚拟样机，并运用该软件仿真起重机的变幅工况和回转工况，提取主要结构部件的动态载荷，为该结构的有限元分析提供依据和参考。2）建立臂架系统、人字架系统、筒体及门架系统、臂架人字架支座及行走机构底座的有限元参数化模型，进行有限元分析。分析得到各结构工作过程中，变形的大小及分布情况，应力的大小及分布情况，为使用单位及检验单位对起重机各部件的重点位置进行重点监管和重点监测提供了依据和向导。同时，编制参数化建模分析的命令流文件，对各结构部件实现参数化有限元分析。3）研究了臂架结构的动态特性，结合参数化模型，对臂架结构进行模态分析，提取了前7阶固有频率及振型，为其在使用中避开固有频率，避免共振产生的不利影响提供了参考和依据。并编制相应的模态分析命令流文件，实现参数化。4)结合起重机实际使用情况，到现场进行应力测试，将现场检测结果与数值分析计算结果进行对比分析，验证了有限元模型的简化及边界条件加载的正确性与合理性。5）利用Visual Basic可视化软件对上述有限元分析进行封装，实现了同类型，不同尺寸参数的起重机各主要结构部件参数化的有限元分析及分析结果的查看，开发了简明易懂的起重机参数化建模及有限元分析系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 课题相关的研究综述
• 1.2.1 虚拟样机技术
• 1.2.2 可视化技术
• 1.2.3 参数化技术
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 第二章 起重机虚拟样机的实现
• 2.1 Pro/ENGINEER 运动与动力仿真
• 2.2 起重机结构模型的建立
• 2.2.1 门座式起重机的基本结构
• 2.2.2 三维模型的建立
• 2.3 起重机变幅工况仿真及结果
• 2.3.1 连接及载荷设置
• 2.3.2 仿真结果分析
• 2.4 起重机回转工况仿真及结果
• 2.4.1 连接及载荷设置
• 2.4.2 仿真结果分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 臂架系统参数化与结果分析
• 3.1 起重机结构模型的简化
• 3.1.1 HM4575D 门座起重机主要技术参数
• 3.1.2 起重机模型的简化
• 3.1.3 单元类型的选择及材料属性
• 3.2 有限元分析及参数化的理论基础
• 3.2.1 有限元分析基本方法
• 3.2.2 基于 ANSYS 的 APDL 语言
• 3.2.3 基于 Visual Basic 参数化设计基本方法
• 3.3 臂架系统参数化建模
• 3.3.1 臂架系统参数化模型的建立
• 3.3.2 臂架系统载荷确定
• 3.3.3 边界条件及载荷
• 3.3.4 计算结果分析
• 3.4 实现参数化
• 3.5 本章小结
• 第四章 臂架系统动载荷确定及动态分析
• 4.1 臂架系统动载荷的确定
• 4.1.1 起重机模型中质量的简化
• 4.1.2 起升工况动力模型及动载荷确定
• 4.1.3 变幅工况动力模型及动载荷确定
• 4.1.4 回转工况动力模型及动载荷确定
• 4.2 臂架系统动态分析
• 4.2.1 模态分析基本理论
• 4.2.2 模态提取方法
• 4.2.3 臂架系统模态分析结果及讨论
• 4.3 实现参数化
• 4.4 本章小结
• 第五章 起重机主要结构部件的参数化
• 5.1 筒体及门架结构
• 5.1.1 模型的建立
• 5.1.2 筒体及门架结构载荷的确定
• 5.1.3 边界条件及加载
• 5.1.4 结果分析及讨论
• 5.1.5 实现参数化
• 5.2 人字架结构
• 5.2.1 模型的建立
• 5.2.2 边界条件及加载
• 5.2.3 结果分析及讨论
• 5.2.4 实现参数化
• 5.3 臂架人字架组合支座
• 5.3.1 模型的建立
• 5.3.2 边界条件及加载
• 5.3.3 结果分析及讨论
• 5.3.4 实现参数化
• 5.4 行走机构底座
• 5.4.1 模型的建立
• 5.4.2 行走机构底座载荷确定
• 5.4.3 边界条件及加载
• 5.4.4 结果分析及讨论
• 5.4.5 实现参数化
• 5.5 本章小结
• 第六章 现场应力测试与有限元计算结果对比分析
• 6.1 现场应力测试
• 6.1.1 测点分布情况
• 6.1.2 测试数据的处理
• 6.2 有限元计算与现场测试结果对比及分析
• 6.2.1 结果对比
• 6.2.2 结果分析
• 6.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历