混凝土泵车系列臂架有限元分析及结构优化

【摘要】混凝土泵车作为一种建筑机械设备，在建筑行业内具有广泛的应用。随着国家现代化建设进程的不断推进，对混凝土泵车的要求也越来越高，混凝土泵车朝着大臂长、智能化、高效化的方向发展，而混凝土泵车臂架作为浇注混凝土的执行机构，对臂架结构的性能也提出了更高的要求。故臂架的性能与稳定性将直接影响整车的性能。本文针对50、60、75米三种规格的大臂长混凝土泵车进行有限元计算及结构优化，对今后大臂长混凝土泵车的臂架结构有限元计算及结构优化具有指导意义。首先，对混凝土泵车臂架有限元模型建立以及系列臂架全工况计算程序编写。在对臂架有限元建模时需进行原模型几何简化处理、有限元网格划分、有限元模型属性赋予等工作；通过DOS及APDL语言编写的全工况计算程序，可实现自动生成工况，模型自动组装、载荷及边界自动施加、计算及计算结果提取的功能，通过计算程序可实现全工况结构静力有限元计算及结果数据处理。其次，对该系列泵车臂架结构进行基于ANSYS的刚度、强度计算。分析比较系列臂架的全工况结构静力强度线性、非线性计算结果及应力云图，发现强度非线性计算结果可检测出臂架板件应力波纹的情况，对臂架结构静力计算方法给出定性结论；系列泵车臂架均为RZ混合型长臂架结构，并且均有多个臂节出现应力波纹现象，故认为臂架板件应力波纹现象广泛存在与此类型大臂长混凝土泵车中；综合比较臂架结构静力强度非线性大应力工况与臂架变形后水平工况，得出系列臂架变形后水平工况为结构静力计算最危险工况，对今后混凝土泵车臂架计算具有指导作用。再次，针对发生应力波纹部位的臂节板件进行分析，对比其加载-相对位移变形图，发现出现应力波纹的部位已出现板件屈曲的现象；对此种结构屈曲问题进行研究，确定最终结构屈曲加强方案，以消除臂节中屈曲现象，避免结构发生破坏，并进行基于ANSYS的加强方案校验计算，以确保加强方案的可行性。对今后混凝土泵车臂架结构设计有指导意义。最后，以50米泵车臂架为例，进行基于OptiStruct的混凝土泵车臂架板厚尺寸优化，最终优化方案实现了臂架结构减重150KG的轻量化目标，为验证优化方案的正确性及可行性，对优化方案进行基于ANSYS的刚度、强度校验计算，对校验计算结果进行分析，确定最终板厚尺寸优化方案在实现臂架结构轻量化的同时，还实现了位移变形减小以及强度性能提升的优化目标，为今后混凝土泵车臂架结构的优化减重提供了指导方向。
【作者】刘忠振；
【导师】周振平；
【作者基本信息】吉林大学，工程力学，2014，硕士
【关键词】混凝土泵车；臂架结构；有限元；结构优化；

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