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600t·m强夯机关键结构有限元分析

作　者: 孙恒
导　师: 司癸卯
学　校: 长安大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 强夯机 有限元 臂架 车架 模态分析 优化设计
分类号: TU662
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


作为一种专用施工机械,强夯机的设计与制造尚无国家标准。目前国内强夯机的结构设计主要参考履带式起重机的机械系统。强夯机具有极高满载率、突然卸载和频繁作业等工作特点,将履带式起重机的结构应用在强夯施工中存在着安全性和可靠性等问题。臂架和车架是强夯机的主要承载部件,其力学性能的好坏对整机的正常运转有直接影响。因此对臂架和车架进行强度、刚度和动态特性的分析是十分必要的。本文以某600t·m强夯机为研究对象,以有限单元法和机械系统动力学为理论基础,使用有限元分析软件Nastran和Patran,分别对强夯机臂架和车架的强度、刚度和动态特性进行了分析计算。主要研究工作如下：(1)本文根据桁架结构的受力特点,合理简化某600t·m强夯机的臂架结构并建立了有限元模型,得到了臂架的应力分布和位移情况,并校核了臂架的强度和刚度。结果表明：有限元法可以有效地反映臂架的整体应力状态和局部受力特性,臂架的结构具有足够的强度和刚度,为进一步优化设计臂架的结构提供了依据。(2)对臂架进行了模态分析,得到了臂架的10阶固有频率和主振型。计算了强夯机上主要振动源的工作频率,得出臂架的振动属于低频振动,强夯机正常工作时不会引起臂架共振。(3)根据某600t·m强夯机车架的受力特点,使用有限元的方法分析了车架在三种工况下的应力分布和变形量。结果表明：有限元法可以有效地反映车架的整体应力状态和局部受力特性,该车架结构具有足够的强度与刚度,部分钢板的厚度可以适当减小。(4)对车架进行了模态分析,得到了车架的10阶固有频率和主振型。经过对比强夯机上主要振动源的工作频率,结果证明强夯机正常工作时不会引起车架共振。(5)以轻量化为目标,对车架结构进行了优化设计,减小了钢板的厚度,在保证强度和刚度的前提下,大幅减轻了车架的重量。经过重新校验优化车架的固有频率后证明,新结构仍然能够保证强夯机的正常工作。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-19
  1.1 概述  10-12
    1.1.1 强夯法简介  10-11
    1.1.2 强夯法的应用  11-12
  1.2 强夯施工对强夯机性能的要求  12-13
  1.3 国内外强夯施工设备现状  13-16
    1.3.1 国外强夯机施工设备现状  13-14
    1.3.2 国内强夯机施工设备现状  14-16
  1.4 目前强夯机机械系统的研究和发展情况  16-17
  1.5 本论文的主要研究问题  17-18
  1.6 木章小结  18-19
第二章 有限单元法与MSC.Patran和MSC.Nastran软件  19-25
  2.1 有限单元法的基本理论  19-21
    2.1.1 有限单元法的分析过程  19-21
    2.1.2 有限单元法的特点  21
  2.2 有限元软件的选择  21-24
    2.2.1 MSC.Patran软件简介  22-23
    2.2.2 MSC.Nastran软件简介  23-24
  2.3 本章小结  24-25
第三章 600t·m强夯机臂架的有限元分析  25-47
  3.1 引言  25-26
  3.2 臂架结构简介  26
  3.3 臂架受力分析  26-32
    3.3.1 臂架所受的载荷类型  26-27
    3.3.2 强夯机技术参数  27-28
    3.3.3 载荷分析  28-29
    3.3.4 变幅平面  29-30
    3.3.5 回转平面  30-32
  3.4 臂架的有限元分析  32-46
    3.4.1 有限元建模  32-34
    3.4.2 边界条件处理  34-35
    3.4.3 臂架静力学分析  35-38
    3.4.4 臂架模态分析  38-46
  3.5 本章小结  46-47
第四章 600t·m强夯机车架的有限元分析  47-74
  4.1 引言  47
  4.2 车架结构简介  47-48
  4.3 车架受力分析  48-50
    4.3.1 集中载荷Q  48-49
    4.3.2 起升平面内的力矩M  49-50
  4.4 车架的有限元分析  50-73
    4.4.1 建立几何模型和有限元模型  50-52
    4.4.2 计算工况、载荷与边界条件处理  52
    4.4.3 车架静力学分析  52-57
    4.4.4 车架模态分析  57-60
    4.4.5 车架结构优化设计  60-73
  4.5 本章小结  73-74
第五章 结论与展望  74-77
  5.1 结论  74-75
  5.2 展望  75-77
参考文献  77-80
攻读学位期间取得的研究成果  80-81
致谢  81

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑施工机械和设备 > 压实机械 > 夯和夯实机
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