抽壳式桥式起重机三维模型的建立与应用

论文摘要

本文针对国内外桥式起重机的发展现状、发展动态和发展方向及其在现代工业中的重要作用,对桥式起重机的有限元分析模型进行了设计研究,实现了桥式起重机简化抽壳式模型的三维参数化设计和变量化建模,并运用有限元工程分析理论,对桥架结构进行静态分析,以达到指导设计和提高桥式起重机技术性能的目的。具体工作如下:1、本文通过面向对象编程工具Visual C++6.0和COM接口技术,运用参数化设计方法进行了商品化CAD软件SolidWorks的二次开发。即通过引用API函数,对SolidWorks进行参数化二次开发,并使用了CSldWorks类,应用该类实现了SolidWorks的启动、关闭、草图绘制、实体特征如拉伸、切除、抽壳等操作。2、本文进行了桥式起重机简化抽壳式模型的研究和参数化程序的设计。为了便于有限元的分析,调用CSldWorks类中的抽壳函数,将桥式起重机简化成了整体的抽壳式模型,省去了连接的环节,去掉了对有限元分析影响很小的走台、梯子、护栏、导电架等部件,便于划分网格、加载边界约束和载荷。3、对抽壳后的模型进行了进一步的修改,通过调用CSldWorks类中的拉伸函数,在上翼缘板的内表面拉伸出了大隔板,以满足稳定性的要求;通过调用拉伸函数,将壳体中较厚的板进行拉伸,并将上下翼缘板外伸的部分拉伸出来,得到了更加接近于实际的模型。4、本文在对桥式起重机的建模和结构分析的基础上,运用COSMOSWorks有限元分析软件进行了桥式起重机的单元划分、约束处理以及外载荷处理等方面的工作。主要采用了静态分析的研究方法,运用COSMOSWorks得到静态下的位移和应力分布规律,同时在关键点处用实测值进行了验证,得到了桥架结构的承载应力大小及其分布状况,其结果与传统力学计算方法结果进行了比较。5、通过有限元分析结果可以看出,简化抽壳式模型得到的结果与力学计算模型的计算结果基本吻合的,在有限元分析时间上比完整模型要短,占用的存储空间比完整模型要少,然而得到的分析结果也基本一致。由此可见,简化抽壳式模型更加简便、实用,便于有限元的分析。本文主要通过抽壳和拉伸的方法实现了桥式起重机的简化抽壳式模型的参数化生成,并在建立桥式起重机桥架结构的三维有限元模型的基础上,充分考虑了桥式起重机桥架结构的实际承载状态,利用COSMOSWorks软件对桥式起重机桥架结构进行了有限元静态分析,可以得到以下结论:（1）从桥式起重机桥架的静态分析的结果可得出,本文所建立的简化抽壳式桥架结构模型满足有限元分析的要求。（2）根据有限元分析结果的应力和变形分布情况可以得出最大应力和变形出现的位置,与实际情况及已有的试验结果相符合,作为桥架结构的薄弱部位在对桥架结构进行承载能力综合评估时要作为检测的重点。（3）与传统力学计算方法相比,有限元方法所得到的结果略有偏差,考虑到有限元模型建立时所作的一些必要的简化和传统力学计算本身的近似性,可以认为所建立的有限元模型是可信的,其求解结果也是科学、可靠的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出的背景和研究意义
• 1.1.1 SolidWorks 参数化三维建模的意义
• 1.1.2 抽壳式桥式起重机三维建模的意义
• 1.2 CAD 技术概况及发展趋势
• 1.2.1 CAD 系统组成
• 1.2.2 CAD 的意义和特点
• 1.2.3 CAD 技术发展历程
• 1.2.4 CAD 技术发展趋势
• 1.3 桥式起重机静态特性研究
• 1.3.1 桥式起重机静态特性研究的历史沿革
• 1.3.2 静态特性研究的方法
• 1.4 本文的研究内容和技术路线
• 1.4.1 桥式起重机简化抽壳式模型的建立
• 1.4.2 桥式起重机简化抽壳式模型的有限元分析
• 第二章 SolidWorks 二次开发概述
• 2.1 SolidWorks 二次开发的基本思想
• 2.2 SolidWorks 二次开发的工具
• 2.3 SolidWorks 软件介绍
• 2.3.1 SolidWorks 简介
• 2.3.2 SolidWorks 软件特点
• 2.4 COM 技术
• 2.4.1 COM 技术简介
• 2.4.2 COM 对象与接口
• 2.5 Solidworks 的主要OLE对象介绍
• 2.6 小结
• 第三章 有限元分析基础及软件应用
• 3.1 有限元法概述
• 3.1.1 有限元法的发展概况
• 3.1.2 有限元方法的介绍
• 3.2 有限元法的基本思想
• 3.2.1 物体离散化
• 3.2.2 单元特性分析
• 3.2.3 单元组集
• 3.2.4 求解未知节点位移
• 3.3 有限元法的基本步骤
• 3.3.1 前处理
• 3.3.2 求解
• 3.3.3 后处理
• 3.4 有限元分析软件 COSMOS/Works 介绍
• 3.4.1 COSMOS/Works 简介
• 3.4.2 COSMOS/Works 有限元分析的基本步骤
• 3.5 小结
• 第四章 桥式起重机桥架结构三维有限元建模
• 4.1 SolidWorks 三维实体建模的基本思路
• 4.2 SolidWorks 二次开发的关键技术
• 4.2.1 SolidWorks 中的COM 技术
• 4.2.2 SolidWorks API 对象接口查询
• 4.2.3 SolidWorks 参数化二次开发
• 4.3 桥式起重机三维有限元模型的设计方案
• 4.3.1 三维有限元模型的两种设计方案介绍
• 4.3.2 两种设计方案的对比
• 4.4 桥式起重机简化抽壳式模型的设计过程
• 4.4.1 桥式起重机简化抽壳式模型的设计思路
• 4.4.2 桥式起重机简化抽壳式模型的设计步骤
• 4.5 小结
• 第五章 桥式起重机简化抽壳式模型的有限元静态分析
• 5.1 桥式起重机有限元模型的建立
• 5.1.1 力学模型的建立
• 5.1.2 几何模型的建立
• 5.2 桥式起重机有限元模型的理论计算
• 5.2.1 危险截面的确定
• 5.2.2 静态刚度的理论值
• 5.2.3 主梁跨中截面危险点1.2.3 的强度验算
• 5.2.4 桥架的垂直静刚度计算
• 5.3 桥式起重机简化抽壳式模型的静态分析过程
• 5.3.1 创建静态算例
• 5.3.2 定义材料属性
• 5.3.3 桥架约束处理
• 5.3.4 添加主梁载荷
• 5.3.5 对几何模型划分网格
• 5.3.6 无隔板模型的计算和结果分析
• 5.3.7 有隔板模型的计算和结果分析
• 5.4 桥式起重机简化抽壳式模型的静态分析结果
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 研究成果与结论
• 6.2 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所发表的论文