论文摘要
随着全国基础设施建设的快速发展,起重机械在这过程中发挥着尤为重用的作用。起重机械是现代工业企业中实现生产过程机械化和自动化、减轻繁重体力劳动、提高劳动生产率的重要工具和设备。目前,我国已拥有大量各式各样的起重机械。对于码头和轮船等沿海场所工作的起重机,风场对起重机的作用比较明显,风载荷成为了其结构设计的主要考虑因素。起重机金属结构多由高、大、细、长的柔性构件组成,因此,如何获得合理的风载荷系数便成为了起重机风载荷研究的核心任务,具有及其重要的理论和实际工程应用价值。本文主要通过计算流体力学软件ANSYS CFX以数值模拟的方式详细研究了起重机械常用基本构件的风载荷系数,为提高计算效率,采用了多台计算机并行计算的方法进行计算。分析过程通过稳态和瞬态模拟两种方式来完成,稳态模拟使用标准的雷诺应力模型(RSM)获得构件稳态无量纲风载荷系数(风力系数、阻力系数和升力系数),瞬态模拟使用大涡模拟(LES)获得构件瞬态无量纲风载荷系数(脉动风力系数、脉动阻力系数、脉动升力系数和各系数均方根),对这些系数在构件截面高宽比H/D,长细比L/D,雷诺数Re和表面粗糙度影响下的变化规律进行详细分析,得出了考虑构件表面粗糙度的大雷诺数风力系数,适用于王作风速比较大和非工作状态下的风载荷计算。本文首先通过模拟圆管、标准箱型体(无工艺边、含工艺边)、变截面箱型体构件在表面粗糙度、外型尺寸和雷诺数影响下的柱体绕流现象,得出了各构件的稳态风载荷系数和瞬态风载荷系数时均值,根据不同研究问题选取了不同的边界条件,结果表明:风载荷系数主要随截面的高宽比H/D、长细比L/D和雷诺数Re的不同呈明显变化,各系数均随高宽比H/D和长细比L/D的增加而增加,在一定范围内,各系数均随雷诺数Re增加而降低,构件的表面粗糙度对各个构件的稳态系数与瞬态系数也有一定的影响,均随表面粗糙度的增加而减少,截面尺寸对其影响甚微,当来流速度都处于同一临界范围时,箱型体的工艺边对箱型体构件的风载荷系数有一定影响;其次,将部分构件的数值结果同其它文献所述结果进行对比,用以验证数值方法的正确性;最后,给出了各粗糙构件在高雷诺数影响下的风力系数值。阐述了起重机结构风载荷的计算方法,结合具体实例KTD30162028船用吊机讨论了风载荷对起重机设计的影响,结果表明:应用大雷诺数风力系数可以使KTD30162028船用吊机风阻力矩减少18%,回转阻力矩减少9%,非工作状态下结构应力降低约19%。