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混凝土泵车下车结构有限元分析及优化设计研究

作　者: 吴庆勇
导　师: 周振平；徐晓东
学　校: 吉林大学
专　业: 机械工程
关键词: 有限元下车全工况应变测试优化
分类号: TU646
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着我国城市化和各种基础设施建设的发展,商品混凝土的普及率愈来愈高,混凝土泵车已经成为混凝土施工中不可缺少的工程机械。混凝土泵车是我国近年才发展起来的一种高附加值的混凝土浇注设备,是集机、电、液于一体化的浇注专用车辆,具有机械化、自动化、程度高、环保性能好、混凝土浇注率高、速度快、质量可靠、机动性好等优点,代表着混凝土浇注机械的发展方向,深受施工者的青睐。下车结构承载上车垂直载荷及弯矩,下车结构的设计合理与否将直接影响整车的稳定性和可靠性,有必要对其进行有限元计算分析。本文采用多种类型的有限元单元,对泵车下车结构系统建模,通过对其进行全工况有限元计算,并结合动态应变测试,验证了有限元计算精度以及对计算载荷地修正,最后,完成了下车结构的优化计算。具体内容如下:1、有限元建模及全工况计算结合有限元多类型单元特点,分别对回转底座、前支腿、后支腿、副车架以及底盘各部件结构进行了系统建模,并通过APDL语言,进行全工况自动组装计算。以往针对下车结构的研究,大多数只是对下车结构一种或几种工况作静力分析,这种分析并不能够真实反映下车结构在整个施工过程中的载荷变化规律和应力分布规律,下车结构的优化和改进数据支持不够,容易出现问题。因此,有必要实现全工况的静强度计算,得到下车的应力变化规律及分布规律,为下车结构的改进设计以及深入细致地研究系统的动态等特性提供数据依据,同时也为其它型号的下车结构以及类似结构提供一种可供借鉴的计算分析方法。2、下车结构线性计算建立了混凝土泵车下车结构有限元模型,对有限元模型进行合理的网格、约束和载荷加载,完成下车结构全回转工况下的线性静力计算,通过对计算结果分析,了解下车结构在多种作业工况下的变形分布和应力分布情况,了解了各零部件的应力集中区域和结构的薄弱部位,形成一套基于ANSYS软件平台的系统的泵车下车结构计算方法,并完成了下车结构相应部件的优化计算,为泵车下车结构的系列化设计和产品的改进设计提供有力的理论依据。3、下车结构应变测试下车结构应变测试是运用动态电测法,通过计算在泵车下车相应部件上选择测试点,在测试点位置上贴应变片,对布料杆回转工况进行应变测试,测量其测点在作业工况的特定方向应变,计算整理出动态测试应变值,通过和有限元计算应变值对比,通过对动态应变测试值与计算值的偏差、相对偏差的分析以及应变曲线的对比,验证有限元计算结果的正确性及计算载荷的正确性。4、下车结构优化针对第四章下车结构线性静力计算结果,从刚度和强度两方面对下车结构进行板厚优化,分别给出了回转底座、前支腿和后支腿的优化方案和优化结果。对于回转底座,通过删减厚板,使得最大应力由1103MPa降到666MPa,成功削减了大应力,使之降到屈服以下,大应力区域也得到相应的减少。对于前、后支腿,通过修改局部结构型式和板厚,消除了局部集中应力,加强薄弱环节,降低刚度,提升强度,使材料得到更充分的利用。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-16
  1.1 混凝土泵车定义  12
  1.2 混凝土泵车工作原理  12-13
  1.3 混凝土泵车发展概况  13-15
    1.3.1 国外混凝土泵车发展概况  13-14
    1.3.2 国内混凝土泵车发展概况  14-15
  1.4 论文研究意义和主要工作  15
    1.4.1 论文研究意义  15
    1.4.2 主要工作  15
  1.5 本章小结  15-16
第2章混凝土泵车下车结构介绍  16-20
  2.1 下车结构组成  16-19
    2.1.1 底盘  16-17
    2.1.2 下车结构  17-19
  2.2 下车结构工作原理  19
  2.3 本章小结  19-20
第3章有限元法及ANSYS 软件介绍  20-24
  3.1 有限元法  20-21
    3.1.1 概述  20
    3.1.2 原理  20
    3.1.3 步骤  20-21
    3.1.4 派生  21
  3.2 ANSYS 介绍  21-23
    3.2.1 概述  21-22
    3.2.2 模块化  22
    3.2.3 分析类型  22-23
  3.3 本章小结  23-24
第4章下车结构有限元分析  24-50
  4.1 有限元模型  24-32
    4.1.1 总体坐标系  25
    4.1.2 模型简化  25-29
    4.1.3 载荷组合  29
    4.1.4 计算工况  29-30
    4.1.5 计算应力说明  30-31
    4.1.6 计算结果输出说明  31-32
  4.2 约束及载荷  32-37
    4.2.1 约束  32-33
    4.2.2 载荷  33-34
    4.2.3 布料杆及变一铰点支反力计算  34-37
  4.3 计算结果  37-48
    4.3.1 工况1  37-42
    4.3.2 工况2  42-44
    4.3.3 工况3  44-46
    4.3.4 支腿抬腿量计算  46-47
    4.3.5 支腿反力计算  47-48
  4.4 本章小结  48-50
第5章下车结构应变测试  50-58
  5.1 测试目的  50
  5.2 测试方案  50-51
  5.3 测点图  51-52
  5.4 测试工况  52
  5.5 测试、计算应变值说明  52-53
  5.6 测试结果  53-54
  5.7 应变曲线对比  54-56
  5.8 结果分析  56
  5.9 本章小结  56-58
第6章下车结构优化  58-68
  6.1 回转底座优化  58-62
    6.1.1 优化方案  58-60
    6.1.2 优化结果  60-62
  6.2 前支腿优化  62-65
    6.2.1 优化方案  62-63
    6.2.2 优化结果  63-65
  6.3 后支腿优化  65-67
    6.3.1 优化方案  65-66
    6.3.2 优化结果  66-67
  6.4 本章小结  67-68
第7章总结与展望  68-70
  7.1 总结  68-69
  7.2 展望  69-70
参考文献  70-73
致谢  73

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