塔式起重机结构系统动态特性研究

论文摘要

塔式起重机是广泛应用于建筑施工和工业起重的机械,塔机工作时各个机构频繁地起动、制动和进行复杂的耦合运动。准确描述和精确计算塔机结构体系在外激励下的动态过程,将为塔机的设计、生产提供理论上和实践上的指导。随着计算机软硬件技术的不断发展和应用领域的日益扩大,计算机被广泛应用于现代设计方法中。有限元法是一种采用电子计算机求解结构静态、动态力学特性等问题的数值解法,分析计算复杂结构极为有效,能够极大地提高产品的设计水平和速度。本文阐述了国内外塔式起重机的发展现状,动态特性的研究情况,以及优化设计在起重机行业中的应用情况,针对目前塔机动态特性方面的研究仅局限于模态分析及动态响应分析,提出了用ANSYS软件对塔机进行动态优化设计的思路。结合该思路,选择某型号塔式起重机进行动态特性分析。根据弹性力学理论,用有限元分析软件ANSYS建立有限元动力学模型。通过模态分析及谐响应分析确定影响塔机动态性能的关键模态频率,并以该阶频率作为目标函数,对所有结构参数进行了灵敏度分析,以确定塔机动态优化的设计变量；以塔机结构系统质量、静强度、静刚性、动态位移响应幅值等作为约束条件,建立了动态优化的数学模型。分析表明,优化后的塔机结构系统不仅静、动态性能大大提高,而且有效减轻了结构质量,提高了经济性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 题目的来源及依据
• 1.2 塔机发展历史
• 1.3 塔机动态特性的研究回顾
• 1.3.1 动载系数法
• 1.3.2 有限单元法
• 1.3.3 集中参数法
• 1.3.4 模态分析法
• 1.3.5 动态子结构的模态综合法
• 1.3.6 子空间迭代法
• 1.3.7 建立少自由度模型直接计算法
• 1.4 塔机动态特性研究存在的问题
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 第2章 塔式起重机有限元模型及静力分析
• 2.1 有限元法的基本理论
• 2.1.1 有限元法的基本思想
• 2.1.2 有限元法的特点
• 2.1.3 有限元法分析过程
• 2.2 ANSYS软件介绍
• 2.2.1 ANSYS在有限元软件中的地位
• 2.2.2 ANSYS的发展
• 2.2.3 ANSYS的特点
• 2.2.4 ANSYS软件的分析步骤
• 2.3 塔机的主要参数及金属结构
• 2.3.1 塔式起重机主要技术参数
• 2.3.2 塔式起重机的金属结构
• 2.4 塔机的计算载荷
• 2.5 塔机的有限元模型
• 2.5.1 建模原则及结构简化
• 2.5.2 单元选择
• 2.5.3 定义材料及其属性
• 2.5.4 定义重力加速度
• 2.6 塔机的静力有限元分析
• 2.6.1 约束条件的处理
• 2.6.2 载荷的处理
• 2.6.3 问题的求解
• 2.6.4 在通用后处理器中进行结果分析
• 第3章 塔式起重机结构系统动态优化设计
• 3.1 引言
• 3.1.1 动态优化设计方法介绍
• 3.1.2 动态优化设计的基本原理
• 3.2 塔机结构动刚性及衡量指标
• 3.3 塔机结构系统模态分析
• 3.3.1 模态分析介绍
• 3.3.2 有限元模态分析的理论基础
• 3.3.3 模态分析的步骤
• 3.3.4 塔机模态分析
• 3.4 塔机结构系统谐响应分析
• 3.4.1 谐响应分析介绍
• 3.4.2 谐响应分析方法
• 3.4.3 塔机谐响应分析
• 3.5 塔机结构系统灵敏度分析
• 3.5.1 灵敏度分析
• 3.5.2 塔机结构系统灵敏度分析
• 3.6 塔式起重机动态计算
• 3.6.1 计算工况的选择
• 3.6.2 计算工况的有限元仿真
• 3.7 塔机结构系统动态优化设计的数学模型
• 3.7.1 设计变量的选取
• 3.7.2 目标函数的确立
• 3.7.3 确定约束条件
• 3.8 塔机结构系统动态优化设计的ANSYS求解
• 3.8.1 优化设计方法的选择
• 3.8.2 优化数据流向示意图
• 3.8.3 优化设计的一般步骤
• 3.9 塔机结构系统动态优化设计结果分析
• 第4章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢