桥式起重机主梁特殊截面应力分析

论文摘要

随着国民经济建设的快速发展，大吨位桥式起重机在生产中得到了广泛的应用。大吨位桥式起重机工作频繁，经常满载甚至超负荷工作，运行速度高，工作环境恶劣，运行过程中存在频繁启动和制动，另外还受轨道不平、操作不当等引起的冲击载荷加上主梁跨端变截面主腹板和弯板连接处存在应力集中问题，而导致此处经常出现裂纹，另外，在上盖板开门、腹板开门等削弱部位的过渡圆角处存在应力较大的现象。所有这些直接影响起重机的使用性能和正常生产，给厂家和用户都造成了巨大的经济损失。而采用传统的力学解析方法对大吨位桥式起重机桥架结构特别是像主梁跨端变截面、上盖板开门处截面、腹板开门处截面等这些特殊截面处的应力状态进行计算分析时，计算公式繁多、复杂、且不易精确，很难精确反映其实际的应力状态。本文以端梁非铰接式大吨位双梁桥式起重机为研究对象，借助Visual C++6.0开发工具，采用面向对象程序设计方法开发一套集传统常规计算和有限元分析于一体的软件，分别采用传统常规计算方法和有限元分析方法对主梁近端梁变截面、上盖板开门处截面、腹板开门处截面等特殊截面处的应力状态进行分析，并着力研究影响上述特殊截面处应力状态分布的各个因素及每个因素改变时应力状态的变化趋势。具体内容如下：（1）运用传统常规计算方法分别计算主梁跨中截面、近端梁变截面、上盖板开门处截面、腹板开门处截面上的典型验算点的等效应力值；（2）借助有限元分析软件ANSYS对桥架结构进行有限元分析，按实际的载荷分布进行加载、求解，分别得到主梁跨中截面、近端梁变截面、上盖板开门处截面、腹板开门处截面的等效应力分布云图；（3）运用Visual C++6.0编写软件，实现传统常规计算和有限元分析的程序化，通过面向对象的程序界面改变相应参数即可得到所需的常规计算结果和有限元分析结果；（4）借助常规计算和有限元分析软件，通过一系列的计算和分析，研究影响应力分布状态的各个因素，并通过对常规计算和有限元分析得到的结果进行分析比较，总结出相应结论。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 桥式起重机的发展趋势
• 1.1.1 国外桥式起重机的发展趋势
• 1.1.2 国内桥式起重机的发展趋势
• 1.2 起重机的现代设计方法
• 1.2.1 有限元设计方法
• 1.2.2 优化设计方法
• 1.2.3 动态仿真设计方法
• 1.2.4 可靠性设计方法
• 1.3 课题提出的背景及研究意义
• 1.4 课题研究的主要内容及特点
• 1.4.1 课题研究内容
• 1.4.2 课题特点
• 第二章 特殊截面应力的常规计算
• 2.1 主、端梁截面几何性质
• 2.1.1 近端梁变截面处截面几何性质
• 2.1.2 主梁跨中截面几何性质
• 2.1.3 端梁跨中截面几何性质
• 2.1.4 主梁上盖板开门处截面几何性质
• 2.1.5 主梁腹板开门处截面几何性质
• 2.2 载荷计算
• 2.2.1 垂直载荷
• 2.2.2 动力效应系数
• 2.2.3 水平载荷
• 2.2.4 扭转载荷
• 2.3 内力计算
• 2.3.1 主梁跨端过渡圆角起始处截面的内力计算
• 2.3.2 主梁跨中截面的内力计算
• 2.3.3 主梁上盖板开门处截面的内力计算
• 2.3.4 主梁腹板开门处截面的内力计算
• 2.4 强度计算
• 2.4.1 主梁跨端过渡圆角起始处截面的强度计算
• 2.4.2 主梁跨中截面的强度计算
• 2.4.3 主梁上盖板开门处截面的强度计算
• 2.4.4 主梁腹板开门处截面的强度计算
• 第三章 特殊截面应力的有限元分析
• 3.1 有限元法简介
• 3.1.1 有限元法的基本思想
• 3.1.2 有限元法的特点
• 3.2 ANSYS 简介
• 3.2.1 ANSYS 的发展
• 3.2.2 ANSYS 的功能及特点
• 3.3 桥架结构的三维参数化有限元模型的建立
• 3.3.1 桥架结构的几何模型及相关参数
• 3.3.2 建模思想
• 3.3.3 单元分析类型
• 3.3.4 材料属性和实常数的输入
• 3.3.5 网格划分
• 3.4 载荷及约束条件的施加
• 3.4.1 载荷的确定与施加
• 3.4.2 约束条件的施加
• 3.4.3 求解
• 3.5 结果后处理
• 3.5.1 主梁跨中截面的结果后处理
• 3.5.2 主梁跨端变截面的结果后处理
• 3.5.3 主梁上盖板开门处的结果后处理
• 3.5.4 主梁腹板开门处的结果后处理
• 3.6 本章小结
• 第四章 软件设计实现及结果分析
• 4.1 软件特点和功能
• 4.2 面向对象的软件设计
• 4.3 软件常规计算模块的界面设计
• 4.4 软件有限元分析模块的界面设计
• 4.5 结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 论文主要工作
• 5.2 结论
• 5.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文