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基于流固耦合的双箱梁起重机风载荷特性研究

2020-12-08阅读(85)

基于流固耦合的双箱梁起重机风载荷特性研究

论文摘要

双箱梁起重机的结构轻柔、自振频率低,在风载荷作用下容易产生较大的振动和变形。目前针对起重机风载荷的研究较为薄弱,《起重机设计规范》GB/T3811-2008中对风载荷计算的规定也较为简略,为保证起重机的抗风安全性,有必要对其进行全面的风载荷研究。本文以某50吨双箱梁起重机为研究对象,基于流体力学理论、弹性力学理论和流固耦合方法,对双箱梁起重机在不同风环境下的动力学特性以及风场特征进行研究。本文的主要研究内容如下:阐述自然风场的特性及风载荷计算的一些基本概念,简要介绍《规范》中风载荷计算的相关规定、流体力学理论及弹性力学理论;建立风场-起重机流固耦合数学模型,包括流体控制方程、结构控制方程和流固耦合控制方程;根据《规范》规定的静载处理方法,对双箱梁起重机进行静力分析和模态分析;分别对双箱梁起重机平均风、正弦风载荷特性进行流固耦合分析,得到起重机的变形、应力云图以及流场的速度和压力分布规律。本文通过流固耦合的方法对双箱梁起重机在风载荷作用下的静载荷和动态响应进行分析,并将流固耦合分析得到的起重机变形、应力值与静载处理结果进行对比分析。研究表明:1)将模拟的正弦风施加到风场的方法能够更为合理的描述风场特性以及风对起重机结构变形、应力产生的影响;受正弦风作用,双箱梁起重机在顺风向和重力方向出现持续振动,起重机顺风向和重力方向最大变形值分别比静力分析结果高12.21mm、4.58mm,最大应力值比静力分析结果高59.95MPa。2)对风载荷进行静载处理的传统方法无法体现自然风的特性,自然风的突发性和脉动性会导致起重机产生较大的振动而造成更大的位移量,通过流固耦合方法对双箱梁起重机风载荷特性进行研究更能体现起重机在自然风场中的实际受载状况,具有一定合理性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 课题研究的背景及意义
  •     1.1.1 起重机风载荷研究的重要性
  •     1.1.2 国内外起重机风载荷研究方法及现状
  •   1.2 流固耦合数值方法研究现状与发展动向
  •     1.2.1 国内外研究现状
  •     1.2.2 流固耦合技术发展动向
  •   1.3 论文主要研究内容
  • 第二章 起重机风载荷研究的理论基础
  •   2.1 大气边界层风场特征
  •     2.1.1 平均风特性
  •     2.1.2 脉动风特性
  •   2.2 起重机械对风载荷计算的规定
  •     2.2.1 风载荷的估算原则
  • WⅡ'>    2.2.2 工作状态风载荷PWⅡ
  • WⅢ'>    2.2.3 非工作状态风载荷PWⅢ
  • WⅣ'>    2.2.4 风振载荷PWⅣ
  •     2.2.5 起重机刚性稳定性和抗风防滑
  •   2.3 计算流体力学基本理论及相关软件
  •     2.3.1 计算流体力学概述
  •     2.3.2 湍流模型
  •     2.3.3 常用CFD计算软件
  •     2.3.4 FLUENT用户自定义函数UDF
  •   2.4 弹性力学基本理论及相关软件
  •     2.4.1 有限元法
  •     2.4.2 瞬态动力学理论
  •     2.4.3 ANSYS Workbench软件介绍
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 风场-起重机流固耦合数学模型的建立
  •   3.1 流体控制方程的建立
  •     3.1.1 流体计算基本假设和初始条件
  •     3.1.2 流体控制方程
  •     3.1.3 控制方程的封闭
  •   3.2 结构控制方程的建立
  •     3.2.1 基本假设和初始条件
  •     3.2.2 结构动力学微分方程
  •     3.2.3 双箱梁起重机动力学有限元方程的建立
  •     3.2.4 考虑流体作用的起重机结构动力有限元方程
  •   3.3 流固耦合控制方程的建立
  •     3.3.1 流固耦合控制方程
  •     3.3.2 耦合面的数据传递方法研究
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 基于流固耦合的双箱梁起重机平均风载荷特性分析
  •   4.1 计算模型建立及边界条件设置
  •     4.1.1 双箱梁起重机有限元模型建立
  •     4.1.2 数值风洞建立及网格划分
  •     4.1.3 流固耦合系统建立及边界条件设置
  •   4.2 双箱梁起重机静力分析和模态分析
  •   4.3 双箱梁起重机平均风载荷特性的稳态分析
  •     4.3.1 流场计算结果分析
  •     4.3.2 双箱梁起重机计算结果分析
  •   4.4 双箱梁起重机平均风载荷特性的瞬态分析
  •     4.4.1 流固耦合计算方法
  •     4.4.2 流场计算结果分析
  •     4.4.3 双箱梁起重机计算结果分析
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 基于流固耦合的双箱梁起重机正弦风载荷特性分析
  •   5.1 正弦风的生成及边界条件施加
  •   5.2 正弦风作用下的双箱梁起重机流固耦合分析
  •     5.2.1 流场中测点的风速计算结果分析
  •     5.2.2 流场中测点的风压计算结果分析
  •     5.2.3 双箱梁起重机计算结果分析
  •   5.3 本章小结
  • 第六章 总结和展望
  •   6.1 全文总结
  •   6.2 研究展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录A 攻读硕士期间发表的论文与研究成果
  • 附录B 论文涉及到的主要程序

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 郭彦军

    导师: 何伟

    关键词: 双箱梁起重机,风载荷,流固耦合,动力学特性,湍流特性

    来源: 昆明理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 力学,机械工业,建筑科学与工程

    单位: 昆明理工大学

    分类号: TH21;O353.4

    DOI: 10.27200/d.cnki.gkmlu.2019.000073

    总页数: 93

    文件大小: 7041K

    下载量: 33

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