基于ANSYS的混凝土泵车臂架系统流固耦合模态研究

摘要

混凝土泵车臂架振动问题是当前研究工程实际应用的热点问题。臂架系统是混凝土泵车的核心结构之一，臂架系统的振动将直接影响浇注效率和泵送质量，且易造成疲劳破坏和臂架折断，因此臂架系统的动力学研究具有重要现实意义。而混凝土的压力脉动引起臂架系统的振动也是一个不容忽视的问题。泵车工作时，臂架的振动与混凝土在输送管内的流动耦合，属于典型的输流管道流固耦合动力学问题，虽然混凝土在管内流速较小，但由于其密度较大且臂架刚度较弱，所以混凝土与臂架之间耦合作用不可忽视。在此，本文基于ANSYS平台，对臂架系统进行流固耦合模态研究。研究工作主要包括以下几个方面:
　　 1.借助于泵车振动动力学模型建立了臂架系统动力学微分方程，并结合ANSYS软件计算原理，对臂架系统流固耦合动力学分析进行理论机理研究，同时介绍了混凝土泵车臂架模态分析机理。
　　 2.为便于模型求解计算，对臂架模型进行了合理简化。选取能较真实模拟实际的有限元单元，建立了五节混凝土泵车臂架系统水平工况有限元模型。
　　 3.基于ANSYS平台，通过APDL命令流编写，对泵车臂架系统进行模态仿真分析。分别模拟混凝土在管道中的输送过程，仿真计算混凝土输送至各节时臂架系统的模态情况，并与空管时臂架系统的模态进行对比，得出流固耦合作用对臂架固有频率和振型的影响;将空管和全部充满时臂架系统的固有频率进行数值计算，得出考虑流固耦合作用与不考虑流固耦合的固有频率之间的关系。
　　 4.建立了臂架系统三种典型工况模型，分别对其进行模态分析，对比分析各工况下流固耦合模态固有频率和振型;改变臂架厚度值，对臂架进行了仿真模拟，计算结果表明了随着节臂厚度的增加，刚度增强，固有频率不断增大，但当节臂厚度增加到一定值后，固有频率影响较小，此时可以从强度和疲劳的角度对其进行优化设计，实现更为卓越的稳定性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 混凝土泵车发展概况

1．2．2 混凝土泵车臂架系统国内外研究现状

1．2．3 流固耦合工程应用

1．3 课题研究的主要内容

第二章 泵车臂架系统流固耦合作用机理研究

2．1 混凝土泵车臂架系统动力学模型的建立

2．2 输送管道流固耦合振动方程

2．3 基于ANSYS流固耦合机理分析

2．4 振动结构模态机理分析

2．5 本章小结

第三章 泵车臂架系统有限元模型的建立

3．1 臂架系统的组成

3．2 ANSYS和APDL语言

3．2．1 ANSYS软件简介

3．2．2 APDL参数化设计

3．3 臂架系统有限元模型的建立

3．4．1 模型简化

3．3．2 单元模拟

3．3．3 泵车臂架系统参数化建模

3．4 本章小结

第四章 基于ANSYS的泵车臂架系统流固耦合模态分析

4．1 泵车臂架系统流固耦合模态分析概述

4．2 ANSYS模态分析理论

4．2．1 ANSYS模态分析动力学理论基础

4．2．2 ANSYS模态提取方法

4．3 空管的泵车臂架系统模态分析

4．3．1 边界条件及载荷的添加

4．3．2 求解结果及分析

4．4 泵车臂架系统流固耦合模态分析

4．4．1 混凝土泵车臂架系统流固耦合引入

4．4．2 边界条件、流固耦合标签添加

4．4．3 求解结果及分析

4．5 考虑流固耦合作用和不考虑流固耦合作用对比分析

4．5．1 固有频率对比分析

4．5．2 模态振型对比分析

4．5．3 最大变形对比分析

4．6 本章小结

第五章 泵车臂架系统参数结构模拟

5．1 对臂架三种工况模拟仿真

5．2 对节臂厚度修改模拟

5．3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A (攻读学位期间发表论文)