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工程实际结构稳定性分析的数值计算方法研究

刘江  
【摘要】:随着社会快速发展的需要,各种大跨度、大吨位的起重机械越来越多的被用于现代工程建设之中,钢材由于其性能稳定、安全可靠、强度高、质量轻和制造工业化程度高等优点而被广泛应用于工程实际结构的设计中。随之而来柔度大、构件细长的各类桁架结构被大量应用于制造各类大型起重机械,此时结构往往具有很高的强度,但是刚度及稳定性问题日益突出。而基于设计规范的稳定性分析只能验算结构在某载荷作用下的稳定性,且验算过程繁杂,无法计算结构临界屈曲稳定载荷,因此结构的稳定性设计成为当代起重机设计的重难点问题。 随着计算机技术的发展,各种力学问题已经可以由大型通用有限元软件较好的解决,因此运用计算机解决各类大型、复杂结构的屈曲稳定问题成为可能。本文以MQ4070门座起重机臂架结构为研究对象,运用大型通用有限元软件ANSYS结合起重机设计规范对臂架结构进行强度、刚度、线性和非线性屈曲稳定性分析计算,提出可行的稳定性计算的数值方法。论文的主要研究工作和研究成果如下: (1)结合弹性稳定理论,运用有限元法解决简单轴心受压杆件和简支薄板线性屈曲和非线性屈曲稳定性问题,探讨运用ANSYS软件进行屈曲分析的一般技巧,为研究大型复杂结构的屈曲稳定性问题奠定基础; (2)运用有限元软件ANSYS验算各载荷工况组合下臂架结构的强度、刚度; (3)结合起重机设计规范对MQ4070门座起重机臂架结构进行稳定性分析,作为非线性屈曲分析方法结果准确性的判断依据; (4)在臂架结构静力有限元模型的基础上,运用数值分析方法对MQ4070门座起重机臂架结构进行特征值屈曲分析,预测臂架结构的失稳模式,同时对臂架结构进行非线性屈曲分析,得出其临界屈曲稳定载荷和位移,同时探讨初始缺陷对臂架结构临界载荷的影响,结合屈曲稳定性理论,总结出一种实用、准确求解大型复杂臂架类结构的临界屈曲稳定载荷方法。


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