基于ANSYS的岸边集装箱桥式起重机参数化仿真及疲劳分析

摘要

岸边集装箱桥式起重机(简称岸桥)是我国重工业运输环节中必不可少的工艺装备。作为提高装卸作业生产能力的大型起重运输设备，岸桥被广泛用于船厂和港口，因此岸桥的结构设计对整个运输业有着重大影响。目前在岸边集装箱起重机结构的设计中存在以下几个问题：1)基本上采用的是手工——软件对话方式，即手工建模、手工提取分析结果，建模和结果分析效率非常低下，且岸桥结构模型计算显得非常的孤立，无法自动循环计算，优化设计无从谈起；2)不能通过CAE(计算机辅助计算)来主导CAD(计算机辅助设计)，使得岸桥的计算仅仅沦为设计的校核部分；3)起重机的结构设计中主要校核其强度和刚度，基本上不考虑疲劳，而事实上疲劳也是其主要的失效方式之一。针对以上三个问题，本文以岸边集装箱桥式起重机为研究对象，以有限元法，机械动力学和疲劳强度理论为理论基础和分析手段，运用参数化技术和有限元分析软件ANSYS对小车吊载运行过程中的起重机结构进行了运动数值仿真，研究了岸边集装箱桥式起重机结构的静动态特性，对其疲劳进行计算，并采用Visual Basic开发了相应的数值仿真软件。主要研究工作如下： 1)用ANSYS的内部命令和APDL语言以及参数化技术建立了岸边集装箱起重机结构的有限元参数化模型。它使得有限元分析过程中对模型的修改以及再次计算方便、快捷，而且不容易出错。 2)用建立好的有限元参数化模型和ANSYS的内部命令以及APDL语言编写了小车吊载运动过程中起重机运动数值仿真的命令流文件，具体实现了仿真，得出结论。 3)研究了岸边集装箱桥式起重机结构的动态特性。结合有限元参数化模型编写了模态分析的命令流文件。提取了前10阶固有频率、主振型及其振型图，并对结果进行了分析。 4)对岸边集装箱桥式起重机进行疲劳校核，得出结论。 5)有效地运用Visual Basic软件对岸边集装箱桥式起重机结构的运动数值仿真和动力学分析进行了封装，界面简单易读，使ANSYS在后台进行计算求解，直接给出分析结果，可以使得对ANSYS不熟悉甚至完全不懂的用户也能运用其进行计算。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1岸边集装箱桥式起重机结构参数化设计的目的和意义

1.1.1岸边集装箱桥式起重机的发展概况

1.1.2岸边集装箱桥式起重机结构设计的现状与面临的挑战

1.1.3课题研究的目的和意义

1.2结构数值仿真技术的发展现状和趋势

1.3课题研究内容

第2章参数化技术、ANSYS软件二次开发及开发工具Visual Basic

2.1参数化技术

2.1.1参数化设计概念

2.1.2常见的参数化方法

2.1.3参数化设计原理及其设计步骤

2.2大型有限元软件ANSYS及其二次开发

2.2.1 ANSYS简介

2.2.2 ANSYS二次开发

2.3大型开发工具Visual Basic

2.3.1 Visual Basic简介

2.3.2 Visual Basic语言的特点

第3章岸边集装箱桥式起重机参数化模型的建立

3.1岸边集装箱桥式起重机结构简介及模型简化

3.1.1岸边集装箱桥式起重机基本结构

3.1.2岸边集装箱桥式起重机模型简化

3.2传统岸桥结构设计简介

3.2.1传统岸桥结构设计建模

3.2.2传统岸桥结构设计加载求解

3.3岸边集装箱起重机参数化模型的建立

3.3.1参数化建模基本思想与步骤

3.3.2岸桥结构参数化模型的建立

3.3.3计算结果及分析

第4章岸边集装箱桥式起重机结构的模态分析

4.1模态分析的发展

4.2模态分析理论基础

4.3岸边集装箱桥式起重机结构模态分析

4.3.1模态分析的基本思想

4.3.2模态分析的一般过程

4.3.3模态计算结果及分析

第5章岸边集装箱桥式起重机结构的疲劳分析

5.1引言

5.2岸边集装箱桥式起重机破坏特性

5.3抗疲劳设计方法

5.3.1抗疲劳设计准则

5.3.2抗疲劳设计方法

5.4抗疲劳设计方法在起重机械中的运用情况

5.4.1应力比法

5.4.2应力幅法

5.5岸边集装箱桥式起重机结构的疲劳分析

5.5.1《欧洲起重机设计规范》疲劳算法简介

5.5.2参数化模型的建立

5.5.3载荷与约束

5.5.4疲劳计算点

5.5.5计算结果及分析

第6章总结与展望

6.1全文总结

6.2全文展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研项目