履带起重机桁架臂非线性动力学分析

摘要

履带起重机桁架式起重臂具有复杂的梁杆结构，其长细比较大，承载多样，是一种同时承受横向载荷与轴向载荷的柔性体，对其进行合理的动力学分析是保证起重机安全工作的基础。随着科技的不断发展，起重机的起重能力不断提高，结构轻量化愈加广泛，以及对作业过程中的安全要求越来越严格，精准高效的计算分析方法是现阶段起重机设计的主要研究内容。以往的静力学分析与刚体动力学分析已经不能满足具有大柔度运动部件的计算分析需求。本文在考虑二阶效应的影响下，利用柔性多体系统动力学方法对履带起重机桁架臂变幅工况进行动力学分析。 本文以有限元理论为基础，对单元的横向位移场采用三次多项式插值函数，通过初始条件与克希霍夫假定得到单元形函数。利用柔性多体系统动力学的方法，对梁单元的运动状态进行描述，全面考虑了柔性梁单元的刚体运动和弹性变形间的相互影响和耦合，推导了梁单元在局部坐标系下考虑二阶效应的运动方程。利用两节点梁单元对桁架臂底节、标准节与顶节分别进行等效，在考虑桁架臂受二阶效应产生的影响下，通过柔性体运动学与动力学理论分析大位移柔性单元动能和单元势能，利用拉格朗日方程建立基于随动坐标法的动力学方程。通过随动坐标系与整体坐标系之间的关系，推导了柔性梁单元在整体坐标系下的动力学方程。 以750吨级履带起重机桁架臂作为研究对象，选择典型变幅工况进行实例分析。利用Simulink对动力学方程进行求解，并通过ADAMS对桁架臂进行动力学仿真，对比桁架臂在变幅过程中的瞬态反应与二阶效应对其位移、速度产生的影响。计算结果表明，在考虑二阶效应下，大长细比桁架臂的位移和变形与仿真结果基本一致，说明数值计算方法的有效性与合理性。

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摘 要

Abstract

1 绪论

1.1 课题研究目的及研究意义

1.2 国内外研究现状及发展

1.3 课题主要研究内容

2 考虑二阶效应下的柔性梁单元动力学方程

2.1 有限元几何非线性分析基本方程

2.2 梁单元在整体坐标系下的动力学方程

2.2.1 柔性梁单元运动描述

2.2.2 柔性梁单元位移场

2.2.3 柔性梁单元动力学方程

2.3 梁单元在整体坐标系下的动力学方程

2.4 本章小结

3 桁架臂受力分析与等效转化

3.1 桁架臂结构受力分析

3.2 桁架臂惯性矩等效转化

3.2.1 等截面桁架臂惯性矩等效转化

3.2.2 变截面桁架臂惯性矩等效转化

3.3 本章小结

4 桁架臂动力学方程求解

4.1 动力学方程求解策略

4.2 桁架臂模型参数

4.3 动力学方程求解方法

4.4 计算结果与分析

4.5 本章小结

5 ADAMS仿真结果与数值计算结果对比

5.1 建立履带起重机桁架臂模型

5.2 变幅过程动力学仿真

5.3 ADAMS仿真结果与数值计算结果对比

5.4 本章小结

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

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