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高空作业平台薄壁箱型臂架的结构分析及优化

班山岭  
【摘要】:随着材料科学的不断发展,高强钢的屈服强度被不断的刷新高度,目前一些企业已经能够生产出屈服强度已达到900MPa以上的高强钢,这就使得机械中很多箱形臂架结构的壁厚越来越薄。对于薄壁结构当受到外载荷时,结构内部不但有弯曲应力,而且会产生薄膜应力。并且壁厚不同,结构的薄膜应力与弯曲应力所占比值不同,这与厚壁结构的力学特性是不同的,然而对薄壁箱形结构的研究以及成熟理论却很少,对于薄壁箱形臂架的设计还是根据以前的设计方法以及设计经验。对于薄壁箱形结构,在强度满足要求的前提下,还有两个较为突出的问题,一是局部稳定性问题,二是动态特性的问题。 本文以高空作业平台的作业臂为对象,针对结构的静力学、动力学以及局部稳定性对薄壁箱形臂架进行了研究。讨论了作业臂在工作中的载荷情况,对作业臂的静力学问题分别进行了解析法计算与有限元法计算,并对计算结果进行了对比,对误差做出了分析。对作业臂的动力学问题进行了模态分析以及瞬态响应分析,得出作业臂前八阶的固有频率及振型。瞬态响应分析以人在平台上的动态载荷为激励,得出作业臂对于激励的响应曲线。对于作业臂比较突出的局部稳定性问题,采用了两种计算方法对作业臂进行分析,并且对计算结果进行比较和误差分析。最后根据对于前面的分析,对于作业臂的不足之处进行了结构优化。并对得出的优化结果进行了有限元分析验证。


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