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随着社会进步和技术的不断发展,以及各施工企业对高效益和高效率的执着追求,整体吊装工程越来越普遍,这就要求吊装用起重机的起重能力、作业幅度和高度越来越大,巨型起重机的市场需求随之迅速增长。起重机在工作过程中,运动状态经常发生改变,存在诸多短时不稳定工况,其中吊重离地起升工况是起重机的主要工作工况,也是受力比较严重的工况,而起重机在使用过程中,由于意外情况而导致的掉箱事故,会产生灾难性的后果。研究巨型起重机在起升、掉箱等冲击载荷作用下金属结构的动态特性具有重要意义。
本文利用动力学的理论和数值计算方法来研究巨型起重机金属结构动力学问题,并从工程实际出发,分析研究两类现代新型港口巨型起重机——7500吨浮吊和双小车桥吊在起升、掉箱冲击下的动力响应问题。
首先建立浮吊和桥吊的有限元模型,在此基础上分析了两系统的模态特性,确定了结构的固有频率和振型,应用动力学方法和有限元基本原理,对起重机子结构两种典型的相对位置变化形式进行分析研究,研究结果表明:当界面坐标比较少时,子结构之间的相对转动对系统固有频率的影响不大;当移动子结构质量相对固定子结构质量比较小时或固定子结构质量和刚度分布比较均匀时,子结构之间的相对移动对系统固有频率的影响也是不明显的。
在模态分析的基础上,针对浮吊起升及桥吊掉箱工况的特点,确定相应的动力学解法。采用隐式算法,结合ANSYS软件对7500吨浮吊的典型起升工况进行仿真模拟,得出浮吊结构上不同部件、不同位置上的动载响应系数,研究结构的动力响应规律,为浮吊金属结构设计和优化提供支撑和验证,也为今后同类特大型设备的研发提供依据、积累经验。采用显式算法,结合ANSYS/LS—DYNA软件,分析了双小车桥吊吊重突然掉落,撞击在结构上所引起的结构动态响应及应力分布情况,为桥吊的设计提供相应的参考。