20t龙门起重机箱形主梁力学分析及优化设计

摘要

本文阐述了国内外起重机行业的发展状况、发展动态及起重机械在现代制造业中的重要作用。通过对龙门起重机现状的研究，针对国内龙门起重机箱形主梁存在的偏重，耗材多，成本高等缺点，对主梁进行了力学分析和优化设计。 作者以甘肃省定西起重机厂生产的20t龙门起重机为对象进行了研究，在掌握大量实际生产应用的基础之上，用APDL语言以及参数化技术建立了龙门起重机结构的有限元参数化模型。这种建模方法在有限元分析过程中方便、快捷，特别是对模型的修改以及再次计算，不容易出错。 本文研究了20t龙门起重机结构的静态和动态力学特性。通过静力学分析，确定了载荷位于梁中、梁端两种位置的危险点，并对主梁的强度和刚度进行了校核；结合有限元参数化模型，对主梁进行了模态分析，提取了前10阶固有频率、主振型及振型图，对其结果进行了分析。在模态分析的基础上，通过谐响应分析，得出龙门起重机在受外界激励作用下各阶危险频率的变形情况，为设计提供了依据。 本文还对20t龙门起重机突然起吊的动载情况进行了瞬态分析。以主梁跨中满载时的轮轨接触点为基点，进行衰减振动分析，获得了龙门起重机突然起吊的瞬态动力响应，包括主梁垂直位移、垂直速度、垂直加速度与时间的响应曲线，得出衰减时间值，符合设计规范的衰减时域。 用有限元软件ANSYS为工具，对主梁做了受力分析和优化设计，优化后的主梁截面尺寸更加合理。经过优化的设计，减少主梁材料为12．4％，从而可以使主梁重量得以减轻，降低了制造成本。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1起重运输机械的概述

1.1.1起重运输机械的作用

1.1.2起重运输机械的工作特点

1.2起重运输机械的发展趋势

1.2.1国内起重机的发展方向

1.2.2国外起重机的发展方向

1.2.3国内外起重机现状的比较

1.3题目的来源和意义

1.3.1题目来源

1.3.2题目意义

1.4本文的主要工作

第2章20t龙门起重机的有关参数

2.1龙门起重机的概况

2.1.1龙门起重机的分类

2.1.2龙门起重机的结构

2.1.3龙门起重机的主要形式

2.1.4龙门起重机的选型

2.1.5龙门起重机的基本参数

2.1.6龙门起重机的工作类型

2.1.7龙门起重机的使用材料

2.2 20t龙门起重机的有关参数

2.2.1主梁结构的力学模型及相关参数

2.2.2起重机载荷

2.2.3主梁设计准则

2.3本章小结

第3章龙门起重机建模及箱形梁静力学分析

3.1有限元法及有限元软件简介

3.1.1有限元法介绍

3.1.2 ANSYS软件简介

3.2龙门起重机的建模

3.3在求解器中施加载荷和求解

3.4在通用后处理器中进行结果分析

3.4.1载荷位于主梁中间时受力分析

3.4.2载荷位于悬臂端时受力分析

3.5本章小结

第4章主梁的模态分析

4.1模态分析理论

4.1.1模态分析理论概述

4.1.2模态分析基本方程的建立

4.1.3模态提取方法

4.1.4 ANSYS模态分析步骤

4.2模态计算结果及分析

4.3结构动态刚度校核

4.4本章小结

第5章主梁的谐响应分析

5.1谐响应分析的基本概念

5.2谐响应分析简述

5.2.1谐响应分析理论

5.2.2 ANSYS进行谐响应分析的方法

5.3龙门起重机主梁的谐响应分析计算

5.3.1小车轨道方向(X向)的分析结果

5.3.2起升平面方向(Y向)谐响应分析结果

5.3.3水平面方向(Z向)谐响应分析结果

5.4本章小结

第6章主梁的瞬态动力学分析

6.1瞬态分析的基本概念

6.2瞬态动力学分析理论

6.2.1瞬态动力学的基本方程

6.2.2瞬态动力学的求解方法

6.3龙门起重机结构起升动力响应分析

6.3.1货物起升运动过程分析

6.3.2起升过程激励曲线

6.3.3瞬态激振力的计算

6.3.4瞬态分析的结果

6.4本章小结

第7章主梁的优化

7.1优化设计简介

7.1.1优化设计的基本概念

7.1.2优化设计的主要步骤

7.1.3优化分析程序

7.1.4优化方法介绍

7.2箱形梁的优化

7.2.1优化过程

7.2.2主梁优化后的结果与分析

7.3本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间所发表的学术论文