起重机臂架的非线性稳定性分析

作     者：常大帅 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林贵瑜

授予年度：2011年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：起重机臂架 非线性 稳定性 屈曲 

摘      要：随着工程建设发展的需要,起重机越来越向着大型、高耸、轻柔化、格构式方向发展。由于高强度钢材的大量采用,提高了结构的强度,却使格构式压杆的刚度和稳定性问题日益明显。复杂格构式臂架的稳定性分析已成为大型起重机设计计算的难点。由于履带起重机臂架系统为空间格构式结构,利用传统的数学模型和力学方法已经很难对其稳定性进行准确的校核。因此,必须寻求起重机臂架稳定性的合理分析方法,实现准确计算。 针对上述存在的现实问题,本文以某160吨样机为例,在分析起重机臂架的结构特点的基础上,建立臂架的力学模型,并用此模型对臂架的强度和压杆稳定性进行分析,强度和稳定性的最大应力分别432.24MPa和509.7MPa,都小于许用应力510.4MPa,满足强度和压杆稳定性要求,为有限元软件分析提供了参考依据。其次在有限元软件ANSYS中建立了臂架的有限元模型,并对其进行了静态分析,最大应力是430.291MPa,继而进行特征值屈曲分析,以特征值屈曲模态形状作为非线性屈曲分析的初始缺陷,对臂架进行非线性屈曲分析,最大应力是503,828MPa,满足压杆的强度和稳定性要求。 将有限元计算结果与起重机设计规范中的公式计算结果进行比较,误差都在2%以下,验证了有限元分析结果的正确性;并分析臂架偏摆力,回转惯性力和风载荷因素对臂架非线性稳定性的影响,由于臂架偏摆力所产生的应力占总应力的32%所以偏摆力是导致臂架失稳的主要因素,在不影响起重机效率的前提下,适当减小回转时的速度和加速度可以提高起重机变截面臂架的稳定性。