基于刚柔耦合模型的门座起重机动力学仿真研究

论文摘要

随着港口物流事业的发展,作为港口起重机械最常用的机型——门座起重机的需求量快速提高,门座起重机的设计方法和设计手段也有了很大程度上的革新。20世纪以来,随着计算机技术的发展,计算机技术与力学、应用数学、图形学完美结合,工程机械研发领域已经取得了很多实质性的进展。目前,港口机械的设计方法多采用静态设计为主,设计过程中往往采取经验法的方法选取动载系数考虑动载的影响,实际的动载效应往往不能够得到精确求解,在港口机械研制过程中引入虚拟样机技术可以有效的解决这一问题。利用计算机建立所研究对象的虚拟样机模型,实现对起重机各机构、结构在不同工况下的仿真分析,并由此研究虚拟样机在工作过程中的相关动力学特征,以此来估计和推断实际机器运行过程中的各种力学参数。本文以40t/35m门座起重机实际项目为背景,同时针对该起重机整机系统的复杂性,结合SolidWorks、ADAMS、ANSYS软件平台,提出刚-柔耦合的建模方法。实现门座起重机整机系统在不同工况下的动力学仿真,得到的相关仿真分析数据,并通过与常规分析方法的对比,验证此技术计算结果的正确性。本文针对所关心的问题,主要进行以下几方面的研究：（1）以结构动力学理论为基础,探索门座起重机刚柔耦合模型的建模方法,建立门座起重机多体动力学模型,对门座起重机动载荷的特征进行研究。（2）对建立的门座起重机整机金属结构这一复杂机械系统的刚柔耦合模型进行多体动力学仿真,最终得出不同载荷作用下的门座起重机的动态应力等力学特性参数。并通过与传统计算方法的结果对比,验证利用刚-柔耦合模型求解结果的正确性,为其他更为复杂的机械系统的动力学仿真分析研究提供理论依据和参考。总之,在门座起重机结构这一复杂机械系统研发过程中引入虚拟样机和结构动力学仿真分析技术,是对计算机仿真技术在工程机械领域应用的进一步探讨,研究的成果可以为起重机机械动态设计的研究提供计算分析方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的和意义
• 1.2 国内外相关研究状况与发展动态
• 1.3 课题研究内容
• 第2章 虚拟样机技术及其动力学分析理论综述
• 2.1 虚拟样机技术概述
• 2.2 ADAMS软件及其理论基础
• 2.2.1 ADAMS软件介绍
• 2.2.2 ADAMS软件理论基础
• 2.2.3 ADAMS仿真过程
• 2.3 本章小结
• 第3章 门座起重机结构刚-柔耦合模型建模技术研究
• 3.1 门座起重机主要结构形式及参数
• 3.2 门座起重机结构刚性体与柔性体划分原则
• 3.3 刚性体建模技术
• 3.4 柔性体建模技术
• 3.4.1 柔性体建模理论基础
• 3.4.2 ADAMS柔性分析优越性
• 3.4.3 柔性构件模型建立
• 3.5 钢丝绳等效建模技术
• 3.6 门座起重机结构刚柔耦合模型建立
• 3.7 本章小结
• 第4章 门座起重机结构动力学特征及动态仿真
• 4.1 门座起重机载荷特征概述
• 4.2 风载荷动态响应计算
• 4.3 门座起重机结构动力学特征研究及动态效应研究
• 4.3.1 起升机构动力学特征及动态效应
• 4.3.2 变幅机构动力学特征及动态效应
• 4.3.3 回转机构动力学特征及动态效应
• 4.3.4 运行机构力学特征及动态效应
• 4.4 门座起重机结构动力学仿真及动载荷计算
• 4.4.1 起升机构动载荷计算
• 4.4.2 变幅机构动载荷计算
• 4.4.3 回转机构动载荷计算
• 4.4.4 运行机构动载荷计算
• 4.4.5 门座起重机结构多刚体动力学仿真
• 4.6 本章小结
• 第5章 门座起重机整机结构刚柔耦合动力学仿真
• 5.1 引言
• 5.2 吊钩作业工况动力学分析
• 5.2.1 吊钩作业时吊重起升动载荷分析
• 5.2.2 象鼻梁头部运动轨迹分析
• 5.2.3 起重机结构在吊钩作业工况下的动力学分析
• 5.3 起重机结构在抓斗作业工况下的动力学仿真
• 5.3.1 抓斗作业吊重动载系数分析
• 5.3.2 抓斗作业吊具位置偏摆载荷
• 5.3.3 起重机整机结构在抓斗作业工况下的动力学仿真
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文与参加的科研项目
• 一、发表的论文
• 二、参加的科研项目