塔式起重机整机结构分析及优化设计

论文摘要

塔式起重机是建筑行业中的主要施工设备。近年来随着计算机技术的发展和普及,计算机技术在各行各业中的应用越来越广泛,在机械工业中,传统技术与计算机的结合也越来越紧密。目前的塔式起重机结构的设计主要采用动载系数法,实际仍是一种静力学的分析,这种方法虽对起重机设计起到了积极的作用,但对起升机构在启动和制动时,货物对塔式起重机产生的冲击动载荷响应问题,用此法进行有限元动力学分析是不准确的。本文以国产的H125/75型塔式起重机为研究对象,以有限元法和机械动力学为理论基础,运用参数化技术和大型有限元分析软件ANSYS,以起重机最常见的工况进行分析,对该机的强度、刚度和动态特性进行了分析计算。主要研究工作如下：(1)建立塔机整机有限元模型,利用ANSYS的内部语言APDL以及参数化技术编制了整机结构的有限元参数化建模程序,APDL语言的应用使得有限元分析过程具有重复性与良好的修改性,大大简化了工作量。接着对该起重机常见工况下的静刚度和强度进行了校核。(2)对塔机的动态特性进行了初步分析,编写了模态分析的参数化命令流文件,提取了模态分析中的前12阶固有频率、主振型,并对结果进行了分析,得出塔机的振动属于低频振动。(3)对塔机在突然起吊货物造成瞬态冲击,受到动载荷作用的情况下,编写了瞬态分析的命令流文件,该瞬态分析可以实现变幅过程中的任意幅度时的瞬态分析。获得了塔机突然起吊时对动载荷的瞬态动力响应,对结果进行分析可知起升第二阶段结束,变幅刚刚开始时塔机响应最大,经过分析校核动刚性和强度。(4)塔式起重机在最大起重力矩处承载最大载荷,对塔机进行优化设计,通过优化合理减少H125/75型塔机的质量。上述工作对塔式起重机设计都起到了积极作用和指导意义

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 塔式起重机的发展状况
• 1.2 塔式起重机的发展趋势
• 1.3 塔式起重机的分类及构成
• 1.4 题目的来源及意义
• 1.5 本课题的国内外动态
• 1.6 本论文的研究内容
• 1.7 本章小结
• 第2章 有限元法的基本理论及应用软件
• 2.1 有限元法的基本知识
• 2.1.1 有限元法的发展历史
• 2.1.2 有限元法的计算思路
• 2.1.3 有限元法的解题步骤
• 2.1.4 有限元法的优越性与局限性
• 2.2 弹性力学基本方程
• 2.3 空间梁单元基本理论
• 2.4 国内外有限元软件发展概况
• 2.4.1 国外有限元软件发展概况
• 2.4.2 我国有限元软件的发展情况
• 2.5 结构建模
• 2.6 本章小结
• 第3章 H125/75型塔式起重机静态分析
• 3.1 H125/75型塔式起重机的主要参数
• 3.1.1 机构性能参数及主要结构参数
• 3.1.2 塔式起重机计算工况及载荷的确定
• 3.1.3 起重机金属结构材料的选用
• 3.1.4 主弦杆许用强度和刚度确定
• 3.2 有限元软件（ANSYS）的基本使用方法
• 3.2.1 有限元结构模型
• 3.2.2 基本算法流程
• 3.2.3 单元选择
• 3.3 结构强度的分析过程
• 3.3.1 在前处理器中建立有限元分析模型
• 3.3.2 边界条件、载荷施加和求解
• 3.3.3 在通用后处理器中进行结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 塔式起重机模态分析
• 4.1 模态分析
• 4.2 模态分析方法
• 4.3 模态分析结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 塔式起重机动态分析
• 5.1 谐响应分析
• 5.2 瞬态分析
• 5.2.1 载荷处理
• 5.2.2 计算工况
• 5.2.3 塔机起升过程
• 5.2.4 塔机变幅运动
• 5.2.5 塔机起升和变幅复合工况
• 5.3 本章小结
• 第6章 塔式起重机结构优化设计
• 6.1 传统设计与优化设计的比较
• 6.1.1 传统设计的方法
• 6.1.2 优化设计的方法
• 6.2 ANSYS优化设计的相关概念
• 6.3 ANSYS优化设计的步骤
• 6.3.1 生成分析文件
• 6.3.2 优化分析
• 6.4 参数化语言
• 6.4.1 APDL简介
• 6.4.2 APDL功能描述
• 6.5 塔式起重机结构优化分析结果
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢