桥式起重机空腹式箱形主梁的有限元分析

论文摘要

桥式起重机是一种用途最广、数量最多、通用化程度较高的起重机械。目前在工程上广泛使用的是实腹式箱形结构桥架,桥架的重量一般占起重机自重的60%以上。采用合理的桥架构造形式减轻自重,其意义不仅在于节约本身所消耗的钢材和降低成本,同时还因此减轻了厂房建筑结构的受载而节省基建费用。减轻桥架的自重可以从多方面入手,本课题将就改变桥架腹板的形状,设计新型的金属桥架来达到减轻桥架自重的目的。本文是把传统箱形主梁腹板变为空腹式主梁腹板进行的研究。本文主要做了以下工作:1)采用经典力学理论说明空腹式箱形主梁的可行性;2)采用经典力学方法对空腹式箱形主梁进行结构分析,计算其开孔高度与它对应的应力与变形的关系,推导它需要满足的基本条件,为空腹式箱形主梁的设计提供依据;3)采用有限元方法对空腹式箱形主梁进行结构分析,并与理论计算结果进行对比,验证其正确性;4)对大连起重机器厂生产的一台桥式起重机的主梁进行工程实例分析,在它的腹板上进行开孔设计,并用经典力学方法和有限元软件ANSYS对空腹式箱形主梁和实腹式箱形主梁进行结构分析比较,验证空腹式箱形主梁的实用性。得到以下结论:1)空腹式箱形主梁可以节省钢材,减小自重,在风载荷作用下有更大的优越性;2)设计空腹式箱形主梁时,开孔高度x要满足文中五个基本条件;3)空腹式箱形主梁较实腹式箱形主梁在刚度和强度上都有所降低,但在一定条件下仍可以满足工程中的刚度和强度要求;4)对于不同开孔高度的空腹式箱形主梁,刚度和强度有不同程度的降低。对于不同工况的具体要求,应选择不同的开孔高度;5)利用本文的分析方法可以对桥式起重机主梁结构的应力与变形情况进行分析计算,对桥式起重机主梁结构的设计提供有益的参考。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 起重机械概况
• 1.1.1 起重机械的历史与现状
• 1.1.2 起重机械的作用
• 1.2 桥式起重机概况
• 1.2.1 桥式起重机的分类
• 1.2.2 桥式起重机的结构
• 1.2.3 桥式起重机的发展动向
• 1.2.4 研究桥式起重机的意义
• 1.3 桥式起重机的桥架结构
• 1.3.1 桥架结构和作用
• 1.3.2 桥架种类
• 1.4 本文研究内容及意义
• 1.4.1 论文提出的依据
• 1.4.2 课题研究现状
• 1.4.3 本文研究内容
• 1.4.4 课题研究意义
• 第二章 箱形主梁结构和受力特点
• 2.1 梁简介
• 2.2 梁的弯曲问题
• 2.2.1 梁的弯曲形式
• 2.2.2 梁的剪力图和弯矩图
• 2.2.3 梁的弯曲正应力
• 2.2.4 梁的弯曲剪应力
• 2.2.5 梁的弯曲变形
• 2.3 金属结构基本构件计算原理
• 2.3.1 结构的工作级别
• 2.3.2 载荷的计算组合
• 2.3.3 结构的强度标准
• 2.3.4 结构的刚度标准
• 2.4 桥式起重机箱形主梁的结构和受力特点
• 2.4.1 箱形主梁的结构特点
• 2.4.2 箱形主梁的受力特点
• 2.5 实腹式箱形主梁变为空腹式箱形主梁的可行性
• 2.5.1 上下翼缘板开孔箱形主梁
• 2.5.2 腹板开孔箱形主梁
• 第三章 板壳弯曲问题的有限元法
• 3.1 有限元法概述
• 3.1.1 有限元方法的发展概况
• 3.1.2 有限元方法的计算思路
• 3.1.3 有限元法的优越性与局限性
• 3.1.4 大型有限元分析软件ANSYS 简介
• 3.2 板壳弯曲问题的有限元法概述
• 3.3 板理论基础
• 3.4 薄板弯曲问题的有限元法
• 3.4.1 离散化
• 3.4.2 矩形薄板单元
• 3.4.3 三角形薄板单元
• 3.5 壳单元
• 第四章 对桥式起重机箱形主梁进行结构分析的经典力学方法
• 4.1 箱形主梁的结构分析
• 4.1.1 主梁的力学模型
• 4.1.2 空腹式箱形主梁的刚度和强度计算
• 4.2 开孔高度 x 需满足的条件
• 第五章 对桥式起重机箱形主梁进行结构分析的有限元方法
• 5.1 主梁模型的建立
• 5.1.1 实腹式箱形主梁模型的建立
• 5.1.2 空腹式箱形主梁模型的建立
• 5.2 单元类型的选择
• 5.3 边界条件的施加
• 5.3.1 施加约束
• 5.3.2 施加载荷
• 5.4 求解
• 5.5 结果后处理
• 第六章 工程应用实例
• 6.1 主梁的基本参数
• 6.2 使用经典力学方法对箱形主梁进行结构分析
• 6.2.1 实腹式箱形主梁的刚度和强度计算
• 6.2.2 空腹式箱形主梁的刚度和强度计算
• 6.3 使用有限元方法对箱形主梁进行结构分析
• 6.3.1 建立分析模型
• 6.3.2 边界条件的施加
• 6.3.3 结果后处理
• 6.4 理论值与模拟值的比较
• 6.4.1 变形比较
• 6.4.2 等效应力比较
• 6.5 风载荷作用下变形对比
• 第七章 结论
• 7.1 本文取得的成果
• 7.2 本文存在的不足
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表文章
• 个人简介