基于ADAMS的桥式抓斗卸船机结构动力学仿真研究

摘要

港口是交通水运的重要组成部分，是现代物流系统的重要环节，对促进我国对外贸易、商品流通和国民经济的发展起着非常重要的作用。我国的港口经过30多年的艰苦努力，特别是改革开放以后，随着国民经济的高速发展，彻底改变了落后面貌。2006年我国港口总吞吐量已达到55亿吨，集装箱吞吐量达到9500万TEU，并涌现出一批一流的世界现代化大港。 港口的发展使港口现代化、自动化等技术装备总体水平不断提高，对港口机械要求也越来越高。常规的港口机械设计中，设计人员以静态设计为主，来选择合适的材料和设计方案用于生产制造。但问题在于，经过这种分析计算得出的结构的静强度一般都不会出现问题。然而在实际的操作中，因为振动、疲劳、误操作等的影响，结构仍会发生破坏，甚至造成严重的经济损失，因此需要有一种简单、经济、同时又很有效的方法来研究大型港口机械的结构动力学问题。 在港口机械设计中结合虚拟样机技术就可以实现计算机对港口机械在各种工况下的结构动力学仿真模拟，并可以进行性能调试，得到所需要的结构动力学仿真数据，帮助设计人员发现并解决问题。从而使生产的产品最大可能的满足设计要求，同时也能节约开发费用，缩短开发周期，提高生产效率。为将来的港口机械设计进行计算机平台下的虚拟设计研发打下基础。 本文以800t/h四卷筒牵引桥式抓斗卸船机金属结构为原型，用三维建模软件UG建立卸船机数字化虚拟样机。根据起重机动力学原理，分析各种工况下的动力载荷，用有限元分析软件ANSYS和虚拟样机动力学分析软件ADAMS对其进行较为系统的多体动力学仿真分析，将卸船机金属结构的模态中性文件导入ADAMS软件中，建立卸船机金属结构刚柔耦合虚拟样机，从而实现桥式抓斗卸船机金属结构在各种工况下随载荷变化的起升、运行和俯仰状态的仿真。 总之，桥式抓斗卸船机金属结构的虚拟样机研究，是先进的设计和动力学仿真技术应用于桥式抓斗卸船机设计中的初步尝试，为设计经济、可靠、稳定的高性能港口机械提供了有力的工具和实现方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2与课题研究相关的国内外动态

1.3课题研究的内容

第2章虚拟样机技术

2.1虚拟样机技术的概念

2.2虚拟样机技术的形成与发展

2.3虚拟样机技术相关技术及常用软件

2.4虚拟样机技术的应用

2.4.1虚拟样机技术在产品研制周期中的应用

2.4.2虚拟样机技术在起重机领域的应用

2.5本章小结

第3章ADAMS软件及多体系统动力学基础理论

3.1 ADAMS软件概述

3.1.1 ADAMS软件的特点

3.1.2 ADAMS的相关科研应用

3.2 ADAMS模块介绍

3.3多体系统动力学理论基础

3.4 ADAMS多刚体系统动力学理论基础

3.4.1基本概念

3.4.2多刚体动力学方程

3.5 ADAMS多柔体系统动力学理论基础

3.5.1多柔体系统中的坐标系

3.5.2相对变形场的描述

3.5.3变形体上任一点的位移、速度和加速度

3.5.4变形体的动能

3.6本章小结

第4章 桥式抓斗卸船机整机系统的动力学仿真

4.1起重机动力学特性

4.2起重机机构的质量推算

4.3几何模型的创建

4.3.1定义约束和运动

4.3.2施加载荷力

4.3.3仿真分析与仿真结果后处理

4.4 800t/h桥式抓斗卸船机桥架结构及性能参数

4.4.1整机系统的结构形式及工作原理

4.4.2起重机工作性能参数

4.5 800t/h桥式抓斗卸船机整机系统虚拟样机的实现

4.5.1 UG文件导入ADAMS环境中的模型建立

4.5.2创建约束副

4.5.3计算动载荷

4.6本章小结

第5章桥式抓斗卸船机刚柔耦合动力学仿真

5.1引言

5.2桥式抓斗卸船机刚柔耦合模型的建立

5.2.1桥式抓斗卸船机桥架结构有限元模型的建立

5.2.2ADAMS柔性体部件生成方法

5.2.3桥式抓斗卸船机桥架结构柔性体部件生成

5.3桥式抓斗卸船机刚柔耦合动力学仿真结果及分析

5.3.1吊重在前大梁上起制动仿真结果与分析

5.3.2小车在前大梁上运行仿真结果与分析

5.3.3吊重在后大梁下降制动仿真结果与分析

5.4本章小结

第6章结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文与参加的科研项目