高空作业施工平台力学特性研究

论文摘要

我国建筑装饰行业特别是幕墙业的快速发展,使我国幕墙业成为世界上材料生产和工程安装大国。目前建筑装饰普遍使用的高空作业施工平台(简称吊篮)的满载率越来越大,工作繁忙程度加重。因此,针对量大面广的幕墙安装业,以及建筑安装坍塌和高处坠落安全事故频发、多发的严峻现实,本文以ZLP800型高空作业施工平台为研究对象,对整机及主要承载部件进行静、动力学分析,找出影响结构强度、刚度的关键因素,并提出改进意见,为大载荷多功能高空作业平台产品的开发,提供一定方法及理论参考。本文首先以有限元的理论为基础,通过对现有高空作业施工平台结构的合理的简化处理,以及现场施工工况的采集,建立了整机结构有限元模型,并分为额定载荷均布、125%额定载荷均布、额定载荷偏置、横向载荷作用四种载荷工况,对主要承载部件——悬挂机构进行了静力学计算,获得了各工况下悬挂机构的位移及应力值,通过对数据的分析找出结构的危险区域,提出可行改进办法。其次,对整机及悬挂机构进行了模态分析,提取了前四阶模态,获得了对应的固有频率及模态振型,并分析了每种振型的起振原因,给出了避免主振型被激发的建议。最后,在动力学相关理论的基础上,对整机起升系统简化处理,建立了单自由度弹簧振动模型,研究了起升冲击载荷及起升动载系数的计算方法,进而基于动力学分析理论对悬吊平台突然离地起升工况、突然加载工况及平台承受移动载荷工况进行瞬态动力学分析,获得了三种工况下的位移、速度、加速度响应曲线。并通过对求解所得的动位移、动应力数值进行处理,得到相应工况下的起升动载系数,并分析了影响动载系数的主要因素,针对可能产生较大冲击载荷的情况提出了改进办法。本文以现有产品为原型,利用有限元的方法及动力学的相关理论,分析了多工况多种载荷下高空作业施工平台的强度、刚度等力学特性,获得了一套切实可行的结构分析方法,为新产品的开发设计提供了有效的研究方法及理论参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 发展趋势
• 1.3 本文研究的目的及意义
• 1.4 本文主要研究的内容
• 第二章 高空作业施工平台有限元模型建立
• 2.1 有限元分析理论
• 2.1.1 有限单元法概述
• 2.1.2 有限元法的发展及其在各领域的应用
• 2.2 有限元分析软件ANSYS 简介
• 2.2.1 ANSYS 软件介绍
• 2.2.2 ANSYS 软件组成与特点
• 2.2.3 ANSYS 软件基本功能
• 2.3 有限元模型的建立
• 2.3.1 结构特点及基本参数
• 2.3.2 建模方案分析
• 2.3.3 单元选择及单元特性
• 2.3.4 基本假设
• 2.3.5 边界条件的模拟
• 2.3.6 建模时的关键技术处理
• 2.3.7 高空作业施工平台整机有限元模型
• 第三章 高空作业施工平台结构静力学分析
• 3.1 引言
• 3.2 结构静力分析的有限单元理论
• 3.3 静力分析中的计算载荷与载荷工况
• 3.3.1 计算载荷
• 3.3.2 载荷工况
• 3.4 施工平台结构有限元静力分析
• 3.4.1 加载及求解
• 3.5 计算结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 高空作业施工平台结构模态分析
• 4.1 引言
• 4.2 结构模态分析理论
• 4.3 模态提取方法及模态分析步骤
• 4.4 模态分析结果
• 4.4.1 施工平台固有频率
• 4.4.2 施工平台模态振型
• 4.4.3 模态结果分析
• 4.5 主要结构——悬挂机构的模态分析
• 4.5.1 悬挂机构固有频率及模态振型
• 4.5.2 模态结果分析
• 4.6 施工平台结构参数对模态参数的影响
• 4.7 本章小结
• 第五章 高空作业施工平台瞬态动力学分析
• 5.1 引言
• 5.2 ANSYS 瞬态动力学分析
• 5.2.1 瞬态动力学问题的特点
• 5.2.2 瞬态动力学分析的基本方程
• 5.2.3 ANSYS 瞬态动力学分析方法的选择
• 5.3 起升动力学建模及动载荷计算
• 5.3.1 动载荷基本概念
• 5.3.2 悬吊平台突然离地起升动力学模型
• 5.3.3 由力学模型计算冲击载荷
• 5.3.4 能量方程法计算起升冲击载荷
• 5.3.5 结果分析
• 5.4 高空作业施工平台结构振动工况分析
• 5.5 悬吊平台突然离地起升动力响应分析
• 5.5.1 起升过程的载荷变化曲线
• 5.5.2 悬挂机构瞬态动力学求解分析
• 5.5.3 高空作业施工平台起升动载系数
• 5.6 悬吊平台突然加载的动力响应分析
• 5.6.1 突然加载时的冲击载荷计算
• 5.6.2 整机结构有限元求解分析
• 5.6.3 关键点动力响应曲线
• 5.7 移动载荷作用下结构动力响应分析
• 5.8 大载荷大跨度高空作业平台的初探
• 5.8.1 大载荷多功能高空作业平台设计意图
• 5.8.2 大载荷多功能高空作业平台基本参数及模型
• 5.9 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢