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基于ANSYS塔式起重机臂架参数化有限元分析系统开发

作　者: 李燕
导　师: 李佳
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 塔式起重机臂架 ANSYS 参数化分析 Visual Basic6.0
分类号: TH213.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

臂架是起重机的重要承载部件之一,也是结构强度薄弱的环节,其力学性能对整机的正常运转有直接影响,故障率较高,危害性大。因此,塔式起重机臂架设计具有重要的工程应用价值与意义。目前国内外广泛使用ANSYS有限元软件对起重机臂架进行设计计算,但塔式起重机臂架结构复杂、载荷较多,若要修改结果,就必须重新建模,当模型较复杂或修改较多时,就相当繁杂、费时,且容易使所建立的模型不准确,导致错误的结果。本论文根据工程实际及产品的设计要求,对臂架结构进行特征参数提取,应用ANSYS的参数化设计语言APDL开发了塔式起重机臂架结构有限元分析通用计算程序内核,确定了合理正确的单元模型、载荷模型和约束条件,完成了参数化有限元建模、加载、分析计算及后处理的全自动过程,主要包括参数化有限元建模、静力学分析(包括强度、刚度和稳定性)、动态特性分析(包括模态分析和瞬态分析),并根据分析结果对臂架结构进行了强度、刚度和稳定性校核。以臂架结构的总重量为优化目标,对臂架的结构型式和截面尺寸进行优化,得到了更为经济合理的结构。采用Visual Basic6.0语言开发分析软件界面,选用Access数据库工具建立系统相关的数据表,并可对其进行查询和调用数据库内的数据参与计算,以文本文件的形式将各种参数及全部结果进行保存,实现对有限元分析软件ANSYS的调用与封装,从而形成了参数化的有限元分析系统。通过工程案例验证了系统的正确性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题研究的目的和意义  11-12
    1.1.1 课题研究的目的  11
    1.1.2 课题研究的意义  11-12
  1.2 塔式起重机的发展概况及发展趋势  12-14
    1.2.1 塔式起重机的发展概况  12-13
    1.2.2 塔式起重机的发展趋势  13-14
  1.3 参数化技术在起重机设计领域的国内外研究现状  14-15
    1.3.1 国外研究现状和动态  14-15
    1.3.2 国内研究现状  15
  1.4 本文主要的研究内容  15-17
第2章臂架有限元分析特征参数提取  17-31
  2.1 臂架结构分析及其基本参数  17-19
    2.1.1 塔式起重机的类型  17
    2.1.2 塔式起重机臂架结构分类与分析  17-18
    2.1.3 塔式起重机臂架结构的基本参数  18-19
  2.2 ANSYS软件及其二次开发的发展状况  19-20
    2.2.1 ANSYS软件  19-20
    2.2.2 ANSYS软件二次开发概况  20
  2.3 有限元参数化分析技术  20-23
    2.3.1 有限元参数化设计及其基本思想  20-21
    2.3.2 ANSYS的参数化设计语言(APDL)  21-23
  2.4 塔式起重机臂架结构的特征参数提取  23-30
    2.4.1 设计参数的定义  23-24
    2.4.2 特征参数提取  24-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章塔式起重机臂架参数化有限元建模  31-43
  3.1 参数化有限元模型的建立  31-40
    3.1.1 模型简化的基本要求  31
    3.1.2 建模的假设条件  31-32
    3.1.3 模型简化  32
    3.1.4 坐标系与单位的选择  32-33
    3.1.5 定义单元类型、材料属性和实常数  33-35
    3.1.6 参数化模型的建立  35-37
    3.1.7 网格划分  37-38
    3.1.8 约束、耦合与载荷处理  38-40
  3.2 求解  40
  3.3 后处理  40-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章塔式起重机臂架结构的力学分析  43-62
  4.1 小车变幅式臂架结构的静力学分析  43-51
    4.1.1 小车变幅式臂架结构的强度分析与校核  44-46
    4.1.2 小车变幅式臂架结构的刚度分析与校核  46-47
    4.1.3 小车变幅式臂架结构的稳定性分析与校核  47-51
  4.2 小车变幅式臂架结构的动力学分析  51-55
    4.2.1 小车变幅式臂架结构的模态分析  51-53
    4.2.2 小车变幅式臂架结构的瞬态分析  53-55
  4.3 动臂变幅式臂架结构的静力学分析  55-59
    4.3.1 动臂变幅式臂架结构的强度分析与校核  55-57
    4.3.2 动臂变幅式臂架结构的刚度分析与校核  57
    4.3.3 动臂变幅式臂架结构的稳定性分析与校核  57-59
  4.4 动臂变幅式臂架结构的动力学分析  59-61
    4.4.1 动臂变幅式臂架结构的模态分析  59
    4.4.2 动臂变幅式臂架结构的瞬态分析  59-61
  4.5 本章小结  61-62
第5章塔式起重机臂架结构优化设计  62-70
  5.1 基于APDL优化设计的基本要素  62-63
  5.2 塔式起重机臂架结构的优化设计  63-66
    5.2.1 小车变幅式臂架结构的优化设计  64-65
    5.2.2 动臂变幅式臂架结构的优化设计  65-66
  5.3 臂架结构优化结果分析  66-68
    5.3.1 小车变幅式臂架结构的优化结果分析  66-67
    5.3.2 动臂变幅式臂架结构的优化结果分析  67-68
  5.4 本章小结  68-70
第6章臂架参数化有限元分析系统开发  70-87
  6.1 大型开发工具Visual Basic 6.0  70-72
    6.1.1 Visual Basic6.0的特点  70-71
    6.1.2 Access2003数据库简介  71-72
  6.2 软件系统的功能与流程设计  72-73
    6.2.1 软件系统的功能分析  72-73
    6.2.2 软件系统的流程设计  73
  6.3 软件间的接口技术  73-78
    6.3.1 VB与ANSYS的接口技术  74-76
    6.3.2 VB与Access数据库的连接  76-77
    6.3.3 ANSYS图形保存到Access数据库  77-78
  6.4 系统应用实例  78-86
  6.5 本章小结  86-87
第7章结论与展望  87-89
  7.1 结论  87-88
  7.2 展望  88-89
参考文献  89-93
致谢  93

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