门座起重机组合臂架系统强度和动力学分析

论文摘要

传统的起重机设计,在完成功能设计后,为了验证方案,通常要制造物理样机进行试验,当通过试验发现缺陷时,重新回头修改设计并再用样机验证。通过多次反复的设计—试验—设计过程,产品才能达到要求的性能。一般而言,这一过程是冗长的,并且成本高昂,尤其是对于门座起重机等结构复杂的大型设备。近年来,随着有限元法和虚拟样机技术的日益成熟,出现了许多大型的面向工程应用的有限元分析软件和虚拟样机分析软件,利用这些工具,可以用计算机模拟起重机承受的各种载荷及约束条件,以及系统在特定工况下的动力响应,同时得到仿真输出结果,以此来评估和推断实际运行的各种数据。这对于加快起重机的设计周期、降低成本,具有重要的意义。基于虚拟样机技术,本文首先利用I-DEAS软件和ADAMS软件做为建模和动力学分析平台（臂架系统强度利用I-DEAS完成,动力学分析采用I-DEAS和ADAMS协同仿真）,建立某型号门座起重机臂架系统模型,然后结合起重机真实工作状况以及相关参考资料,利用有限元法进行了较为系统的强度分析,得到了臂架系统主要部件的应力分布情况;同时考虑到门座起重机臂架系统尺寸较大,不能忽略部件柔性对动态性能的影响,所以在论文中进行动力学分析时建立了臂架系统的刚柔耦合模型,进行了刚柔耦合动力学仿真,得到起重机运行过程中臂架系统主要部件的动力响应数据。本文的研究结果表明,利用有限元法进行门座起重机臂架系统设计具有很强的实用价值,该门座起重机臂架系统能够满足强度要求;同时论文的研究也表明利用虚拟样机技术进行臂架系统动力学仿真是可行的。这是先进设计方法的初步尝试,可以为门座起重机的设计提供有力的工具和实现方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• （1） 课题的目的和意义
• （2） 国内外相关研究现状
• 第一章 虚拟样机和有限元理论基础
• 1.1 虚拟样机技术简介
• 1.2 有限元法理论和I-DEAS 软件介绍
• 1.2.1 有限元法基本理论基础
• 1.2.2 I-DEAS 介绍
• 1.2.3 选用I-DEAS 的依据
• 1.3 本章小结
• 第二章 ADAMS 多体系统动力学理论基础
• 2.1 ADAMS 软件介绍
• 2.1.1 ADAMS 概况
• 2.1.2 ADAMS 模块组成
• 2.2 ADAMS 多刚体系统动力学基础
• 2.2.1 位置、速度、加速度分析
• 2.2.2 自由刚体变分运动方程
• 2.2.3 求解运动学和动力学方程
• 2.3 ADAMS 多柔体系统动力学基础
• 2.4 本章小结
• 第三章 臂架系统强度分析
• 3.1 门座起重机结构简介
• 3.2 计算条件
• 3.2.1 工作级别
• 3.2.2 门座起重机载荷组合
• 3.2.3 评定标准
• 3.2.4 结构分析与建模
• 3.2.5 单元分析
• 3.3 象鼻梁的有限元计算及结果分析
• 3.3.1 象鼻梁建模
• 3.3.2 载荷及载荷组合
• 3.3.3 计算工况
• 3.3.4 位移约束条件
• 3.3.5 计算结果
• 3.4 臂架的有限元计算及结果分析
• 3.4.1 臂架建模
• 3.4.2 载荷及载荷组合
• 3.4.3 计算工况
• 3.4.4 位移约束条件
• 3.4.5 计算结果
• 3.5 小结
• 第四章 门座起重机组合臂架系统刚柔耦合仿真
• 4.1 组合臂架系统介绍
• 4.1.1 结构形式
• 4.1.2 工作原理
• 4.1.3 主要部件参数
• 4.2 I-DEAS 和ADAMS 刚柔耦合仿真
• 4.2.1 技术路线
• 4.2.2 几点原则
• 4.2.3 柔性体的创建方法
• 4.3 组合臂架系统刚柔耦合仿真
• 4.3.1 臂架系统模型
• 4.3.2 象鼻梁的模态分析
• 4.3.3 添加载荷
• 4.3.4 添加驱动
• 4.3.5 系统的仿真与分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢