基于ANSYS的起重机桁架结构有限元分析开题报告

全文总字数：4127字

1. 研究目的与意义

目的：随着计算机技术对产品设计的辅助作用日益加深以及有限元方法在理论方面的逐渐完善，以ansys为代表的有限元分析工具已经广泛应用于现代工业的各个领域，成为目前最为广泛的一种数值模拟计算方法。

ansys软件是一个通用化的有限元分析软件，具有多种产品工作特性的分析能力和产品的优化设计、估计分析等附加功能，和传统的设计方法相比，产品的结构设计更为合理，且提高了产品的可靠性以及疲劳寿命，加快了产品的设计制造周期。

本课题计划基于ansys软件对600吨履带式起重机桁架进行有限元分析，对桁架臂进行强度校核。

2. 国内外研究现状分析

起重机是一种能够在规定范围对被吊物进行提升和水平移动的起重机械。最早源于西欧，后来经过原苏联传入我国，在我国已经有近五十年的历史，五十多年来起重机的种类逐渐增多，现如今常用的起重机包括汽车起重机、塔式起重机、门式起重机、履带式起重机等各种形式的不同型号，不同类型的起重机使用条件不尽相同。汽车起重机由于其机动性良好，能够快速转移被广泛的应用在各个领域；塔式起重机是将动臂装于塔身的可旋转的起重机，被广泛的应用于各类建筑结构中；履带式起重机是流动式起重机的一种特殊形式，驱动装置可驱动履带装置行走，且将上部起重作业部分安装在履带上。由于履带式起重机能够适应于恶劣地面、爬坡能力好、可带载行走等优点在各类工程建设中都有着广泛的应用^[1-2]。

目前，国外专业生产履带式起重机的厂家很多，德国的主要生产厂家有利渤海尔(liebherr)公司、特雷克斯-德马格（terex-demag）公司、森尼波根（senebogen）公司，美国主要厂家有曼尼托瓦克（manitowoc）公司、林克-贝尔特（link-belt）公司，日本的主要生产厂家有神钢(kobelco)公司、日立住友（hitachi-sumitomo）公司和石川岛（ihi）公司，其中利勃海尔、特雷克斯-德马格、曼尼托瓦克、神钢、日立住友等公司生产履带式起重机设备的历史悠久，产品的质量有所保证，销量目前是全球领先。相对而言，因为我国在起重机设备起步晚，起点也低，所以我们需要正视的一点是：与欧美日本的先进产品相比我们还不能达到相同的精度。但我国国内的重工业的迅速发展，国产履带起重机一路高歌猛进，取得了不错的成绩。比如徐州重型机械有限公司、三一重工、中联浦沅、抚顺挖掘机制造公司等式履带式起重机领域的后起之秀。2013年生产的3600吨和4000吨履带式起重机，实现了国内超大吨位履带吊的自主设计制造，性能也有很大的提高，缩短了与世界先进水平间的差距。我国现今的生产能力已经得到可喜的成果，虽然吨位较小，数量也徘徊在个位数和十位数之间^[3]。智能化是未来社会的发展方向，因此开发履带式起重机的智能化操作系统具有广阔的应用前景。同时适应产品的性能，尽可能的开发研究新的材料及加工工艺能够有效的发挥履带式起重机的整体优势，从而取得良好的经济效益。

桁架的计算主要包括强度计算和稳定性计算。结构稳定性计算的主要方法为下列几种：势能驻值法，能量法，微分方程法，有限单元法。目前国内外学者研究的重点是桁架臂的整体及局部稳定性，起重机桁架臂结构的受力情况比较复杂，故难以找到合理的简化模型来简化桁架臂。为了测定桁架结构是否稳定，相比于传统的将桁架臂转化为实腹式桁架和计算换算长细比来得到相似的惯性矩的方法，来自黑龙江哈工大的陆念力教授率先采用等效惯性矩法。方法是通过桁架的等效惯性矩来计算桁架的稳定性，一方面减少降低了其结构的受力复杂情况和分析的难度，一方面使强度校核更加准确。从一定意义上对我的毕业设计有帮助，但由于研究不够深入，在实际应用中还存在一定问题。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：起重机已经在不同的工程施工领域得到了越来越多的应用，而履带式起重机更是工程起重机行业的一个重要门类，是现代工程建设施工中不可缺少的大型设备之一。由于桁架结构独特的优势，被越来越多的应用到起重机臂架系统中。履带式起重机由于接地比压小，转弯半径小，爬坡能力大，能适应恶劣地面，臂长组合多，起重性能好，作业幅度大，吊重作业不需要打支腿，可吊载行驶等特点，使它具有其它类型起重机所无法比拟的优势。但是由于它的作业环境复杂，而需要更合理的设计及仿真。本次毕业设计以600吨履带式起重机的桁架结构为研究对象，利用等效惯性矩法计算桁架臂截面的整体稳定性，并联系起重机设计规范及起重机设计手册中的相关理论对起重机桁架的强度和稳定性进行手算校核，给出各个载荷及系数的选择与计算方法，最后选择一种较简化的计算方法，借助有限元分析软件ansys对桁架系统的静力及稳定性进行分析。分析过程中分别通过简化改进与实际结构形式建立有限元模型，并对比计算结果来分析不同建模方法与理论计算间误差值。再分析桁架整体受力趋势，为其校核提供一定的参考，以此来保证设计过程中桁架机构的合理性，最后根据设计计算结果对桁架臂用ansys软件进行有限元分析和整体优化设计。

计划：1.熟悉毕业设计任务，查阅和收集资料，下载ansys软件和学习相关知识，撰写文献综述和开题报告（第1~2周）

2.制定毕业设计大体方案，（第3~4周）

4. 研究创新点

本课题采用ANSYS软件对600吨履带式起重机桁架结构进行有限元分析，突破了以往传统的数学模型计算方法在复杂环境和复杂受力情况下桁架强度分析校核的局限，是本课题的创新之处。