单梁双吊钩门式起重机结构分析与优化设计

论文摘要

门式起重机是一种重要的物料搬运设备,广泛应用于桥梁、水利、车站、港口、电站等生产领域中。随着我国经济的发展,它不仅在国民经济中占有重要的地位,在社会生产和生活的领域的应用也在不断扩大。钢结构设计是起重机系统设计中的重要环节,合理的结构设计可改善结构力学性能、提高资源的利用率,具有重要的现实意义。本文结合实际课题,以某公司生产的用于济南黄河大桥主桥吊装钢箱梁用的单梁双吊钩门式起重机为研究对象,采用大型有限元计算软件ANSYS为分析手段,建立了该起重机的有限元模型,对其进行静强度、静刚度、稳定性分析和模态分析,得出该起重机满足强度和刚度要求。提升系统是用来实现物料的垂直升降,是门式起重机最基本、也是最重要的部分,提升机构的结构特点与安全性能将直接关系到整机作业的安全性和可靠性。本文从单梁双吊钩门式起重机提升系统的组成部分及结构特点出发,建立了吊具系统的有限元模型,计算出吊具系统结构强度和刚度,依据计算结果对吊具系进行了结构改进,并对改进的吊具结构进行了验算,说明改进方案提高了提升系统的安全性。论文最后,通过APDL参数化建模,利用仿真软件ANSYS优化工具箱对起重机的主梁结构进行了优化设计,优化后的主梁结构自重减少了14.27%,并对优化后的主梁进行了静强度、静刚度及稳定性验算,验证了优化结果的合理性和可靠性。本文的研究结果表明,采用ANSYS有限元软件对实际工程对象进行有限元分析与结构优化能够缩短设计周期、降低生产成本,本文的研究可为同类产品的设计与优化提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文选题背景
• 1.1.1 起重机及其应用
• 1.1.2 国内发展现状
• 1.1.3 国外发展现状
• 1.1.4 起重运输机械的发展趋势
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 论文主要研究内容
• 1.3.1 起重机基本结构特点
• 1.3.2 本论文研究内容
• 第二章 门式起重机结构有限元分析
• 2.1 起重机金属结构有限元模型的建立
• 2.1.1 主梁几何模型的建立
• 2.1.2 结构材料力学参数
• 3.1.3 起重机有限元模型的单元选择及网格划分
• 2.1.4 边界条件的处理
• 2.2 刚度、强度分析
• 2.2.1 载荷计算
• 2.2.2 计算工况及结果分析
• 2.2.3 风载对结构的影响分析
• 2.3 门式起重机屈曲稳定性分析
• 2.3.1 稳定的概念及能量观点
• 2.3.2 特征值屈曲分析
• 2.4 起重机主梁结构改进
• 2.4.1 起重机主梁结构改进
• 2.4.2 改进后的稳定性计算
• 2.5 本章小结
• 第三章 门式起重机吊具结构分析及改进
• 3.1 起重机吊具的结构特点
• 3.1.1 起重机提升系统
• 3.1.2 吊具结构特点及参数
• 3.2 吊具结构有限元模型
• 3.2.1 单元特性
• 3.2.2 网格划分
• 3.2.3 边界条件和载荷
• 3.3 有限元计算结果及分析
• 3.3.1 吊具应力应变分析
• 3.3.2 吊具各销轴应力应变分析
• 3.4 吊具结构的改进及校核
• 3.4.1 吊具横梁结构的改进
• 3.4.2. 吊具横梁结构改进后的校核
• 3.5 本章小结
• 第四章 门式起重机模态分析
• 4.1 模态分析理论
• 4.1.1 动态分析概述
• 4.1.2 模态分析理论基础
• 4.2 门式起重机的模态分析
• 4.2.1 门式起重机的振动特性
• 4.2.2 模态结果分析与应用
• 4.3 本章小结
• 第五章 门式起重机主梁优化设计
• 5.1 机械优化设计概述
• 5.1.1 机械优化设计含义
• 5.1.2 现代机械优化设计的发展趋势
• 5.2 APDL简介
• 5.2.1 APDL的定义
• 5.2.2 APDL的特点
• 5.3 门式起重机主梁优化的数学模型
• 5.3.1 设计变量
• 5.3.2 目标函数
• 5.3.3 约束条件
• 5.4 门式起重机主梁优化流程和优化结果
• 5.4.1 优化流程
• 5.4.2 优化结果
• 5.5 优化后再计算
• 5.5.1 门式起重机结构静刚度计算
• 5.5.2 门式起重机强度计算
• 5.5.3 门式起重机屈曲稳定性计算
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢