柔性附着塔式起重机结构系统静态及动态特性研究

论文摘要

柔性附着塔式起重机主要用于热电厂冷却塔施工等特殊场合,由于其应用场合的特殊性,采用钢丝绳软附着与塔壁连接,不仅能够灵活调节塔机与塔壁之间的距离,更有利于塔机及塔壁的受力,但塔机结构复杂。论文以传统力学理论为基础,研究塔机结构及动力学分析过程,并结合现代设计方法深入研究柔性附着塔机金属结构。有限元方法是目前应用最广泛的结构分析方法之一,利用ANSYS软件对柔性附着塔机结构进行分析,并运用APDL参数化方法计算不同参数环境下柔性附着塔机静态及动态特性。首先针对柔性附着塔式起重机,利用有限元法分析了附着层数对塔身强度及附着钢丝绳内力的影响；并在弹性范围内通过非线性大变形计算,考虑应力刚化现象,得到附着钢丝绳刚度及其预拉力对塔机强度、静刚度、动刚度、局部稳定性的变化曲线；同时得到柔性附着钢丝绳截面参数及预拉力与钢丝绳最大内力间的关系,为柔性附着塔机软附着参数的确定提供了设计依据。同时,提出柔性附着塔机最优附着策略。借助动力学分析理论,建立四质量四自由度的柔性附着塔机动力学模型,通过对动力学微分方程的建立与求解给出柔性附着塔机的动力学分析及求解过程。利用有限元方法详细研究各冲击载荷下柔性附着塔机的动态响应,得到塔机系统最危险构件的动载系数。通过APDL参数化建模,得到柔性附着塔机最危险构件的动态响应随吊重起升加速度、附着层数、附着钢丝绳关键参数的变化规律。避免因起升加速度以及附着钢丝绳参数选择不当引起塔机的动态不稳定性。本文为柔性附着塔机的安装及附着钢丝绳的选取提供了准确可靠的依据,并且从静态及动态两个方面验证了特殊场合下高起升高度塔机采用柔性附着的可行性。对于柔性附着塔机的设计及施工过程提供了重要的理论依据与指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 柔性附着塔式起重机的发展现状
• 1.2.2 柔性附着塔式起重机的研究方法
• 1.2.3 机械系统动力学研究的发展
• 1.3 论文的研究内容
• 第2章 相关技术方法及应用软件
• 2.1 有限元法简介
• 2.1.1 有限元法的基本思路与求解步骤
• 2.1.2 空间梁单元的有限元分析
• 2.1.3 有限元分析软件ANSYS
• 2.2 几何非线性理论及应用
• 2.3 基于有限元的概率设计理论及应用
• 2.4 结构动力学概述及应用
• 第3章 柔性附着塔式起重机结构及力学特性研究
• 3.1 柔性附着塔式起重机结构系统基本参数确定
• 3.1.1 计算工况
• 3.1.2 载荷组合
• 3.2 柔性附着装置的简化处理
• 3.3 柔性附着塔式起重机的有限元模型
• 3.4 柔性附着塔式起重机有限元分析结果
• 3.4.1 柔性附着塔机软附着钢丝绳内力情况分析
• 3.4.2 柔性附着塔机塔身强度情况分析
• 3.4.3 柔性附着塔机整机静刚度分析
• 3.4.4 柔性附着塔机稳定性分析
• 3.5 柔性附着塔式起重机各项力学特性的变化规律研究
• 3.5.1 塔机安装位置对塔机结构力学性能的影响
• 3.5.2 附着层数对塔身结构性能及钢丝绳内力的影响
• 3.5.3 软附着钢丝绳刚度及预拉力对塔机结构性能的影响
• 3.6 柔性附着塔机最优附着策略选定
• 3.6.1 基于灵敏度结果的附着策略选择
• 3.6.2 基于有限元法验证附着方案的可行性
• 3.7 本章小结
• 第4章 柔性附着塔机动态特性研究
• 4.1 基于集中参数法的柔性附着塔式起重机动态分析
• 4.1.1 四质量四自由度系统动力学模型的建立
• 4.1.2 动力学平衡条件
• 4.1.3 结构特性矩阵的计算
• 4.1.4 基于微分方程的振动分析
• 4.2 基于有限元法的柔性附着塔式起重机动态分析
• 4.2.1 动态分析的有限元法
• 4.2.2 基于有限元法的柔性附着塔机动态分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 柔性附着塔式起重机动态特性变化规律
• 5.1 起升加速度对柔性附着塔机动态特性的影响
• 5.2 附着层数对柔性附着塔机动态特性的影响
• 5.3 附着参数对柔性附着塔机动态特性的影响
• 5.3.1 附着钢丝绳预应力对柔性附着塔机动态特性的影响
• 5.3.2 附着钢丝绳刚度对柔性附着塔机动态特性的影响
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果