基于刚柔耦合门式起重机静动态设计分析

论文摘要

新的钢轨装卸工艺要求采用大跨度门式起重机起吊百米钢轨,其特点是跨度大、吊重长度长、作业情况复杂、工作现场安全性要求高,因此需要门式起重机有较好的动态性能。因此,本文在静态分析基础上,进行了多体系统结构动力学仿真。课题依托于实际项目,以60t重轨吊运电磁挂梁门式起重机为原型。在静力学分析计算后,根据门式起重机动力学原理,用有限元分析软件ANSYS和虚拟样机动力学分析软件ADAMS对门式起重机各典型工况进行多体动力学仿真,给出了有意义的仿真结果,并提供了具体的分析方法。论文中主要工作如下:运用ANSYS软件建立了门式起重机的门架结构有限元模型,对其结构进行力学分析,得到静载作用下的应力及变形情况;对其进行特征屈曲分析,计算得到屈曲变形系数为3.3,满足门式起重机的稳定性要求;采用分块Lanczos法对门式起重机门架结构进行模态分析,得出门架结构的前六阶固有频率和振型。将ANSYS中生成的门式起重机门架结构模态中性文件,导入ADAMS软件中作为柔性体,与Pro/E中生成的小车刚性体模型结合,建立门式起重机刚柔耦合模型。从而实现门式起重机吊重起升、大车运行过程的动态仿真。在大车不同运行速度下,对动态载荷变化情况进行比较,得出结果其随着运行速度的增大而增大。仿真中得到门式起重机作业过程中的动力学仿真数据,为深入了解门式起重机动态特性提供了有效的分析手段,为其结构设计提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 起重机的国内外发展现状及特点
• 1.2.1 起重机国内外发展现状
• 1.2.2 起重机发展趋势特点
• 1.3 起重机现代设计方法
• 1.4 论文主要研究内容及方法
• 2 门式起重机门架结构的有限元模型建立
• 2.1 门式起重机结构及工作原理
• 2.1.1 门式起重机主要结构
• 2.1.2 门式起重机的基本参数
• 2.2 CAE技术及有限元理论
• 2.2.1 有限元模型建立方法
• 2.2.2 有限元软件ANSYS简介
• 2.3 建立有限元模型
• 2.3.1 重轨吊运门式起重机基本参数
• 2.3.2 创建模型并施加约束
• 2.4 本章小结
• 3 门式起重机的结构力学分析和模态分析
• 3.1 门式起重机的结构力学分析
• 3.1.1 施加载荷
• 3.1.2 门式起重机门架变形及应力分析
• 3.1.3 门式起重机屈曲分析
• 3.2 门式起重机的模态分析
• 3.2.1 模态分析基本方程的建立
• 3.2.2 模态提取方法
• 3.2.3 门式起重机模态分析计算结果
• 3.2.4 模态结果分析
• 3.3 本章小结
• 4 ADAMS多体系统动力学模型建立
• 4.1 多体系统动力学研究概述
• 4.2 ADMAS软件简介
• 4.3 ADAMS的分析和计算方法
• 4.3.1 广义坐标系的选择
• 4.3.2 动力学方程的建立
• 4.3.3 动力学方程的求解
• 4.4 ADAMS中门式起重机模型构建
• 4.4.1 ADAMS建模技术基础
• 4.4.2 Pro/E中建立小车刚体模型
• 4.4.3 有限元模型生成模态中性文件的条件
• 4.4.4 门架柔性体模态中性文件的生成及导出
• 4.4.5 ADAMS中模态中性文件的读入及验证
• 4.5 本章小结
• 5 门式起重机典型工况下的动力学仿真分析
• 5.1 起升机构起吊过程分析
• 5.1.1 起升工况下模型各项参数设置
• 5.1.2 起升工况仿真结果分析
• 5.2 大车运行过程分析
• 5.2.1 大车运行过程中参数设置
• 5.2.2 大车运行仿真结果分析
• 5.2.3 不同运行速度下动态载荷对比
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢