桥式起重机桥架结构动力学及刚强度仿真分析

作     者：张红伟 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：冯超

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：桥式起重机 桥架结构 多体动力学 钢丝绳 刚、强度分析 有限元 

摘      要：起重机是一种空间运输工具,主要作用是完成物体的位置变化。桥式起重机的桥架结构包括主梁、端梁和小车等,是起重机的主要承力部件。刚强度是验证起重机安全性能的重要指标。本文基于有限元理论和起重机动力学理论,以有限元分析软件MARC和多体动力学仿真分析软件ADAMS为平台,对某16t-22.5m桥式起重机的桥架结构进行多种典型工况下的刚强度仿真分析,为起重机的安全性能及轻量化研究提供了可靠有效的技术和理论支撑。 首先应用Solidworks软件对桥式起重机的桥架结构进行三维几何建模,分别采用了装配体模型和简化抽壳式模型两种方案,从建模时间、模型构件之间的连接关系对比分析了两种建模方案的特点,并通过仿真分析模型对比得到桥架结构多体动力学仿真分析时宜采用简化抽壳式模型及刚强度有限元仿真分析时宜采用装配体模型的结论。 其次提取出起重机小车满载于主梁跨中起动、小车满载于主梁跨端起动、小车于主梁跨中加载、小车满载于主梁跨中卸载四种典型工况。采用ADAMS多体动力学软件对以上四种工况下的桥架结构进行虚拟样机建模及多体动力学仿真分析。提取不同工况下主梁承受的极值载荷,作为主梁刚强度有限元仿真分析时的输入载荷。针对吊重用钢丝绳仿真模型的柔性化建模进行了深入地研究,对钢丝绳的柔性特性,采用多个连续小圆柱体通过轴套力连接的方式,确定了钢丝绳的柔性连接模型和刚度计算公式,通过多次仿真试验获得符合实际的绳索阻尼系数,实现了符合绳索机械特性的动力学仿真模型。 最后应用有限元分析软件MARC对小车满载于主梁跨中卸载及跨端卸载两种极限工况下的桥式起重机的单根主梁结构和整机桥架结构进行了刚强度有限元仿真分析,得到两种极限工况下桥架结构的应力分布云图和变形图,校核了该桥式起重机的桥架结构刚强度,为在役桥式起重机结构的安全性、可靠性提供了有效的技术路线和理论支撑;同时有限元分析云图也为该桥式起重机的轻量化研究设计提供了依据。