150吨平头塔式起重机整机结构分析及优化设计
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(3)The thesis describes the structure of ANSYS eigenvalue buckling and nonlinear
-III-
东北大学硕士学位论文
Abstract
buckling analysis, and utilizes ANSYS to carry out the buckling analysis of structure of the flat-top crane. Through the eigenvalue buckling analysis in typical conditions, buckling critical load can be obtained, and the overall stability of the structure can be measured.
半年 □ 一年□ 一年半□
两年□
学位论文作者签名： 签字日期：
导师签名： 签字日
-I-
东北大学硕士学位论文
摘要
150 吨平头塔式起重机整机结构分析及优化设计
摘要
随着建筑业机械化施工能力的提高，适合多台塔机在同一工地交叉安装使用的 平头塔式起重机的优势越来越得到认可，其需求量也不断提高。技术人员对平头塔 机的结构特性研究也变得越来越具有实际意义。
Keywords: flat-top crane; Finite Element; ANSYS; structure analysis; optimal design
-IV-
东北大学硕士学位论文
目录
目录
独创性声明 .............................................................................................I 摘 要 ................................................................................................... II Abstract ................................................................................................III 第 1 章 绪 论 ........................................................................................1
学位论文作者签名：
日 期：
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位 论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。
作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：
本文以有限元法和优化设计法为理论基础，以有限元分析软件 ANSYS 为平台， 针对平头塔式起重机典型工况，对该塔机的强度、刚度、模态、谐振响应、屈曲稳 定性进行了分析。在满足强度、刚度基础上，运用 ANSYS 优化模块对平头塔机结 构尺寸进行优化，以实现起重机结构轻量化的目的。主要研究工作如下：
(1)综合运用 ANSYS 实体建模和直接建模法，利用 ANSYS 的梁单元 BEAM188 简化为空间桁架结构，建立平头塔机整机有限元模型。基于参数化技术，利用 ANSYS 的参数化语言 APDL 编制了整机结构的有限元参数化命令流。选择四个典型工况， 对组合载荷作用下的起重机的静强度、静刚度分别进行了分析。
(4)In the working condition of maximum lifting torque to hold the maximum lifting load, the thesis operates optimal design for the flat-top crane, and on condition of meeting the demands of stiffness and strength, etc, the quality flat-top crane are reduced reasonably by optimizing the shape of the main structure and the cross-section size of components.
(1) The thesis utilizes ANSYS beam element BEAM188 to simplify the space truss structure to establish of the flat-top crane finite element model comprehensively by means of ANSYS solid modeling and direct modeling method. Based on parametric technology, the thesis utilizes APDL to write the finite element parametric program of whole structure. In the four chosen typical operating conditions, the thesis analyzes the static strength, stiffness of tower crane by load combination.
(2)The thesis analyzes modal property and harmonic response characteristics of the tower crane, extracts of the former 8 natural frequencies and vibration mode. The results are analyzed, and the vibration of tower crane belongs to low-frequency vibration. Through the harmonic response analysis, the thesis determines steady-state response and amplitude-frequency curve of flat-top crane under sinusoidal excitation, and the peak status can be found from the response curves.
类号 UDC
密级
学位论文
150吨平头塔式起重机整机结构分析及优化设计
作者姓名： 邓治强
指导教师： 夏永发 副教授
东北大学机械工程与自动化学院
申请学位级别： 硕士
学科类别：
工学
学科专业名称： 机械设计及理论
论文提交日期： 2009 年 6 月 论文答辩日期： 2009 年 7 月
学位授予日期： 2009 年 7 月 答辩委员会主席：
1.1 平头塔机结构特点 .................................................................................................... 1 1.2 国内外平头塔机发展概况 ........................................................................................ 2 1.3 起重机现代设计法简述 ............................................................................................ 3
(2)对塔机的模态特性和谐响应进行了分析，提取模态分析中的前 8 阶固有频率、 主振型，并对结果进行了分析，得出平头塔机的振动属于低频振动。通过谐响应分 析，确定了平头塔机在简谐激励下的稳态响应和幅频曲线，从这些响应曲线可以找 到谐振响应的峰值。
(3)介绍了 ANSYS 的结构特征值屈曲和非线性屈曲分析，并利用 ANSYS 对平 头塔机结构进行了屈曲特征值分析，通过对平头塔机典型工况下的屈曲特征值分析， 从而确定结构在何种工况下容易失稳。
评阅人：
东北大学 2009 年 6 月
A Thesis in Mechanical Design and Theory
Structure Analysis and Optimization Design for 150 Tons Flat-Top Crane
By Deng zhiqiang Supervisor: Associate Professor Xia yongfa
Northeastern University June 2009
பைடு நூலகம் 独创性声明
本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰 写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明 并表示谢意。
1.3.1 有限元设计 ....................................................................................................... 3 1.3.2 优化设计 ........................................................................................................... 5 1.4 题目的来源及意义 .................................................................................................... 6 1.5 本课题的国内外动态 ................................................................................................ 7 1.6 本论文的研究内容 .................................................................................................... 7
(4)在最大起重力矩处承载最大载荷的工况下，对平头塔机进行优化设计，在满 足强度刚度等条件下，通过优化主要构件的截面尺寸，合理减轻平头塔机的质量。
关键词：平头塔机；有限元；ANSYS；结构分析；优化设计
-II-
东北大学硕士学位论文
Abstract
Structure Analysis and Optimal Design
for 150 Tons FLAT-Top Crane
Abstract
With the improvement of mechanization of the construction industry, the advantage of flat-top crane in the working process of group towers at the same site is recognized more and more. The demands for amounts of flat-top tower cranes are raised. Therefore, the analysis for the structure property of flat-top tower cranes is more and more valuable and practical.
Theoretically based on the Finite Element Method and Optimal Method, this thesis utilizes the FEM software ANSYS to analyze the strength of the tower crane, stiffness, mode, harmonic response and buckling stability of tower crane in typical working conditions. and optimizes the structure dimensions by means of ANSYS optimization module in order to meet demands of light weight. The main research works are as follows:
-III-
东北大学硕士学位论文
Abstract
buckling analysis, and utilizes ANSYS to carry out the buckling analysis of structure of the flat-top crane. Through the eigenvalue buckling analysis in typical conditions, buckling critical load can be obtained, and the overall stability of the structure can be measured.
半年 □ 一年□ 一年半□
两年□
学位论文作者签名： 签字日期：
导师签名： 签字日
-I-
东北大学硕士学位论文
摘要
150 吨平头塔式起重机整机结构分析及优化设计
摘要
随着建筑业机械化施工能力的提高，适合多台塔机在同一工地交叉安装使用的 平头塔式起重机的优势越来越得到认可，其需求量也不断提高。技术人员对平头塔 机的结构特性研究也变得越来越具有实际意义。
Keywords: flat-top crane; Finite Element; ANSYS; structure analysis; optimal design
-IV-
东北大学硕士学位论文
目录
目录
独创性声明 .............................................................................................I 摘 要 ................................................................................................... II Abstract ................................................................................................III 第 1 章 绪 论 ........................................................................................1
学位论文作者签名：
日 期：
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位 论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。
作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：
本文以有限元法和优化设计法为理论基础，以有限元分析软件 ANSYS 为平台， 针对平头塔式起重机典型工况，对该塔机的强度、刚度、模态、谐振响应、屈曲稳 定性进行了分析。在满足强度、刚度基础上，运用 ANSYS 优化模块对平头塔机结 构尺寸进行优化，以实现起重机结构轻量化的目的。主要研究工作如下：
(1)综合运用 ANSYS 实体建模和直接建模法，利用 ANSYS 的梁单元 BEAM188 简化为空间桁架结构，建立平头塔机整机有限元模型。基于参数化技术，利用 ANSYS 的参数化语言 APDL 编制了整机结构的有限元参数化命令流。选择四个典型工况， 对组合载荷作用下的起重机的静强度、静刚度分别进行了分析。
(4)In the working condition of maximum lifting torque to hold the maximum lifting load, the thesis operates optimal design for the flat-top crane, and on condition of meeting the demands of stiffness and strength, etc, the quality flat-top crane are reduced reasonably by optimizing the shape of the main structure and the cross-section size of components.
(1) The thesis utilizes ANSYS beam element BEAM188 to simplify the space truss structure to establish of the flat-top crane finite element model comprehensively by means of ANSYS solid modeling and direct modeling method. Based on parametric technology, the thesis utilizes APDL to write the finite element parametric program of whole structure. In the four chosen typical operating conditions, the thesis analyzes the static strength, stiffness of tower crane by load combination.
(2)The thesis analyzes modal property and harmonic response characteristics of the tower crane, extracts of the former 8 natural frequencies and vibration mode. The results are analyzed, and the vibration of tower crane belongs to low-frequency vibration. Through the harmonic response analysis, the thesis determines steady-state response and amplitude-frequency curve of flat-top crane under sinusoidal excitation, and the peak status can be found from the response curves.
类号 UDC
密级
学位论文
150吨平头塔式起重机整机结构分析及优化设计
作者姓名： 邓治强
指导教师： 夏永发 副教授
东北大学机械工程与自动化学院
申请学位级别： 硕士
学科类别：
工学
学科专业名称： 机械设计及理论
论文提交日期： 2009 年 6 月 论文答辩日期： 2009 年 7 月
学位授予日期： 2009 年 7 月 答辩委员会主席：
1.1 平头塔机结构特点 .................................................................................................... 1 1.2 国内外平头塔机发展概况 ........................................................................................ 2 1.3 起重机现代设计法简述 ............................................................................................ 3
(2)对塔机的模态特性和谐响应进行了分析，提取模态分析中的前 8 阶固有频率、 主振型，并对结果进行了分析，得出平头塔机的振动属于低频振动。通过谐响应分 析，确定了平头塔机在简谐激励下的稳态响应和幅频曲线，从这些响应曲线可以找 到谐振响应的峰值。
(3)介绍了 ANSYS 的结构特征值屈曲和非线性屈曲分析，并利用 ANSYS 对平 头塔机结构进行了屈曲特征值分析，通过对平头塔机典型工况下的屈曲特征值分析， 从而确定结构在何种工况下容易失稳。
评阅人：
东北大学 2009 年 6 月
A Thesis in Mechanical Design and Theory
Structure Analysis and Optimization Design for 150 Tons Flat-Top Crane
By Deng zhiqiang Supervisor: Associate Professor Xia yongfa
Northeastern University June 2009
பைடு நூலகம் 独创性声明
本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰 写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明 并表示谢意。
1.3.1 有限元设计 ....................................................................................................... 3 1.3.2 优化设计 ........................................................................................................... 5 1.4 题目的来源及意义 .................................................................................................... 6 1.5 本课题的国内外动态 ................................................................................................ 7 1.6 本论文的研究内容 .................................................................................................... 7
(4)在最大起重力矩处承载最大载荷的工况下，对平头塔机进行优化设计，在满 足强度刚度等条件下，通过优化主要构件的截面尺寸，合理减轻平头塔机的质量。
关键词：平头塔机；有限元；ANSYS；结构分析；优化设计
-II-
东北大学硕士学位论文
Abstract
Structure Analysis and Optimal Design
for 150 Tons FLAT-Top Crane
Abstract
With the improvement of mechanization of the construction industry, the advantage of flat-top crane in the working process of group towers at the same site is recognized more and more. The demands for amounts of flat-top tower cranes are raised. Therefore, the analysis for the structure property of flat-top tower cranes is more and more valuable and practical.
Theoretically based on the Finite Element Method and Optimal Method, this thesis utilizes the FEM software ANSYS to analyze the strength of the tower crane, stiffness, mode, harmonic response and buckling stability of tower crane in typical working conditions. and optimizes the structure dimensions by means of ANSYS optimization module in order to meet demands of light weight. The main research works are as follows: