起重机超静定梁杆系统局部屈曲后性能分析

摘要

超静定梁杆系统多应用于大型、高耸的起重机中，在带来结构轻量化和高扭转刚度与弯曲刚度等优势的同时导致结构在整体失稳前易于发生局部屈曲，从而影响了整体结构后继强度、刚度和稳定性相关性能。以往超静定梁杆系统性能研究中往往忽略了局部屈曲后对整体的影响，本文通过深入研究超静定梁杆系统局部屈曲后结构内力重分配和结构构型的变化情况，对结构局部屈曲后力学性能进行了相应的研究，给出有效的应对措施。
　　首先，对常规超静定梁杆系统性能分析方法进行探讨，运用计及二阶效应的精确有限元法对一般超静定梁杆系统的刚度矩阵进行集成，给出其失稳判别式，通过等效长度法给出的折算长细比和有限元法给出的失稳判别式分析常规方法在超静定梁杆系统性能分析时的局限。通过特征值屈曲分析模块在有限元软件中对典型超静定梁杆结构的弹性稳定性进行分析，观察局部屈曲现象的产生以及分析局部屈曲对整体结构产生的影响，进一步分析有限元法的局限性。
　　建立合理的力学模型，运用计及二阶效应的精确有限元法给出局部屈曲杆件的失稳判别式，通过轴力搜索法搜索局部屈曲的杆件，并对轴力搜索策略进行探讨，给出快速预测局部屈曲杆件顺序的方法。通过单元替换法和等效质量法对局部屈曲后的模型进行重构，解决传统超静定梁杆系统性能分析方法局限性的问题，为后续超静定梁杆系统局部屈曲后性能研究提供新的分析方法。
　　通过轴力搜索法和模型重构法对典型超静定梁杆结构局部屈曲后的性能进行了研究，通过改善的线性方法和精确有限元法推导典型超静定梁杆结构局部屈曲前后的静态性能和动态性能理论解。对超静定梁杆系统在发生局部屈曲前后系统性能的变化进行了分析，以确定超静定结构的屈曲后性能和极限承载能力，并将结果推广到超静定梁杆系统中，为行业提供了分析超静定梁杆系统在局部屈曲后性能变化的理论依据。
　　根据典型超静定梁杆系统局部屈曲后性能研究的思路，基于ANSYS平台开发专用的考虑局部屈曲后影响的超静定梁杆系统性能分析的程序。预测具体结构的局部屈曲杆件顺序，获得在局部屈曲后结构的动、静态性能的变化过程和结构真实的承载能力，验证理论研究结果的正确性，并基于局部屈曲后理论对QTZ100型塔式起重机进行相应的性能分析。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 国内外在该领域的研究现状和分析

1.3 本文的主要研究内容

第2章 超静定杆系稳定性计算中常规有限元法的局限

2.1 梁杆系统稳定性分析中常规方法的局限性

2.2 典型超静定梁杆结构局部屈曲分析

2.3 局部屈曲后超静定梁杆系统性能分析方法

2.4 本章小结

第3章 典型超静定梁杆结构局部屈曲后性能研究

3.1 考虑局部屈曲后影响的静态性能研究

3.2 考虑局部屈曲后影响的动态性能研究

3.3 局部屈曲后性能算例分析

3.4 本章小结

第4章 基于ANSYS平台的超静定梁杆系统性能分析程序二次开发

4.1 二次开发平台的选择

4.2 超静定梁杆系统局部屈曲后性能分析的程序编制

4.3 算例分析

4.4 本章小结

第5章 基于局部屈曲后理论性能分析的工程算例

5.1 QTZ100型塔机参数及受力情况分析

5.2 塔身基于局部屈曲后理论的静态性能分析

5.3 基于局部屈曲后理论的整机动态性能分析

5.4 本章总结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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