塔式起重机力学仿真系统的开发与应用.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘 要 塔式起重机是建筑行业中重要的施工设备，主要依靠起升、回转和变幅机构的运行来 完成货物的装卸和运输工作，三大机构频繁启制动产生的动载荷必然会引起塔式起重机结 构的振动，而结构振动产生的动应力会造成机械零件的疲劳破坏。本文基于Visual Studio 和ANSYS软件间的接口技术，结合塔式起重机的结构特点和实际工况，开发了一种专用 的塔式起重机力学仿真系统，并应用该系统进行了塔式起重机结构的静应力、动应力和振 动仿真，得到了塔式起重机结构在各工况下的最大静应力、最大动应力和振动响应的情况。 主要研究内容如下： 1 ANSYS Visual Studio （）根据塔式起重机的结构特点和动力学特性，结合 和 软件及 相关开发语言的特点，确定了塔式起重机力学仿真系统的功能要求，设计了仿真系统的总 体框架和系统界面，制定了系统开发流程，应用 APDL 参数化设计语言建立了塔式起重机 Visual Studio ANSYS 有限元模型，并充分利用 与 的接口技术、用户界面参数传递技术和仿 真结果显示技术，建立起具有静应力、动应力和振动特性仿真等功能的塔式起重机力学仿 真系统。 2 （）应用塔式起重机力学仿真系统进行了塔式起重机结构的静力学仿真，得到了各工 况下整机结构的最大静应力值和起重臂的挠度值，并依据仿真结果校核了整机结构的强度 和静刚度。通过塔式起重机静应力试验获得了结构的应力试验结果，并将试验结果与仿真 结果进行了对比，验证了塔式起重机力学仿真系统结果的准确性和有限元模型的可靠性。 3 （）分析了塔式起重机在单工况和复合工况下产生的动载荷，应用塔式起重机力学仿 真系统对塔式起重机结构进行了动应力和振动特性仿真，得到了在各工况下塔身和起重臂 的最大动应力和振动响应，并探讨了起重量、变幅宽度、起升速度和变幅速度等参数的变 化对塔式起重机结构最大动应力和振动特性仿真结果的影响。仿真结果表明：当起重量、 变幅宽度、起升速度和变幅速度越大时，塔式起重机结构承受的最大动应力越大，塔身和 起重臂的挠度、振动周期和振动幅值也越大。 关键词：塔式起重机，仿真系统，静力学，动应力，结构振动 I 山东建筑大学硕士学位论文 Development andApplicationofTowerCraneMechanics Simulation System LiangLiwei (Mechanical andElectronicEngineering) Directedby Professor DongMingxiao ABSTRACT Tower cranes are important construction equipment in the construction industry and mainly complete loading, unloading and transportation of cargoes by lifting, rotating and transporting operations. Dynamic loads induced by frequently starting and braking the three major mechanisms cause structure vibrations of the tower cranes and the dynamic stresses induced by the structural vibrations c