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带有腰绳装置的桁架臂非线性应力分析与研究

朱景红  
【摘要】:随着大吨位履带起重机的发展以及高强管材的使用,长细桁架臂不断被采用。但由于刚性差的问题限制了臂架长度的增加,然而为了达到预定的起升高度及幅度,增加臂长是唯一的方式,于是研究长细桁架臂的非线性问题变得尤为重要。腰绳辅助装置可以显著改善臂架系统受力状态,解决臂架稳定性差的问题,但是关于带腰绳臂架系统的相关计算理论并不成熟。目前常用的有限元试算法会因建模复杂及非线性不收敛的问题而花费大量时间成本。 针对上述问题,本文对带腰绳长细桁架臂的受力特点进行深入分析,并基于二阶效应理论及挠曲线微分方程推导臂架应力计算公式。文中首先求取臂架仅在自重、臂头弯矩、腰绳力影响下的截面弯矩及初挠度。臂架同时受轴向力,与前面的初挠度结合势必会产生附加弯矩,然后计算附加弯矩对臂架应力的影响,在假定轴向力保持不变的情况下将计算结果叠加,根据轴向压弯构件的受力特点计算臂架应力。鉴于上述方法挠度计算的复杂性,为能同时获取相应的臂架应力与挠度,本文对臂架非线性数值算法进行了改进,并以MATLAB平台为基础,编程实现了臂架应力及挠度的计算。同时针对算例,分析了腰绳长度的设计准则。论文的主要工作内容及成果如下: (1)参阅相关文献对履带起重机桁架臂受力特点进行深入分析,借助二阶P-δ效应理论及挠曲线微分方程对臂架应力计算公式进行了推导,得到考虑臂架变形的二阶效应分析方法,通过该方法可以计算得臂架任意截面的应力值。 (2)鉴于腰绳、变幅拉板均为刚度较小的柔性部件,受力时会产生变形。本文在二阶效应分析法基础上,计算了腰绳及前拉板伸长量对计算结果的影响,计算结果表明,两者变形对计算结果影响很小,在满足设计要求的前提下可以忽略不计 (3)上述二阶效应解析计算暂没考虑臂架腹杆的影响。本文在考虑腹杆影响下对臂架惯性矩进行等效,计算了腹杆对臂架应力的影响。算例表明,腹杆剪力对臂架应力影响不大,为简化计算,可以不考虑腹杆剪力的影响。 (4)对臂架非线性数值算法进行了改进,并增加臂架应力计算环节。通过改进后的算法可以快速得到臂架挠度及应力两计算结果。同时文中就实际算例,对腰绳长度的设计准则进行了分析,并确定了不同臂长的最佳腰绳长度。


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