門式起重機(jī)脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程模擬及流固耦合分析.pdf

1、大型門式起重機(jī)結(jié)構(gòu)輕柔自振頻率低，屬于風(fēng)敏感性較強(qiáng)的大跨柔性結(jié)構(gòu)類型，在風(fēng)激作用下容易產(chǎn)生較大的振動(dòng)和變形，風(fēng)載荷往往是此類具有高度柔性和非線性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要控制載荷，同時(shí)也是計(jì)算大小車走行機(jī)構(gòu)電機(jī)功率以及分析起重機(jī)穩(wěn)定性的主要依據(jù)。目前針對起重機(jī)風(fēng)工程的研究仍然薄弱，《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T3811-2008（以下簡稱《規(guī)范》）中對于風(fēng)載荷的描述也較為簡略。本文以某大型門式起重機(jī)為原型，基于流體動(dòng)力學(xué)理論及結(jié)構(gòu)有限元分析方法，從風(fēng)

2、振系數(shù)與起重機(jī)結(jié)構(gòu)特征的對應(yīng)關(guān)系、結(jié)構(gòu)在風(fēng)場作用下的耦合動(dòng)力特性兩方面探索起重機(jī)的風(fēng)致效應(yīng)。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.借鑒橋梁領(lǐng)域風(fēng)工程研究思路，基于隨機(jī)振動(dòng)理論并結(jié)合Monte-Carlo及Shinozuka諧波疊加法，利用MATLAB模擬順風(fēng)向Davenport風(fēng)速譜;以風(fēng)速時(shí)程模擬值為載荷數(shù)據(jù)，運(yùn)用有限元方法研究門式起重機(jī)受脈動(dòng)風(fēng)作用的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，對比分析工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)兩種工況下的靜載荷與模擬風(fēng)載荷的時(shí)程分析結(jié)果。研究

3、發(fā)現(xiàn)相比傳統(tǒng)靜載荷處理方法，考慮風(fēng)的脈動(dòng)效應(yīng)時(shí)對結(jié)構(gòu)各部位的應(yīng)力、位移有激勵(lì)作用:工作狀態(tài)下，承受工作載荷的柔性主梁結(jié)構(gòu)受到較大的振動(dòng)激勵(lì)作用，主梁振動(dòng)幅值增大較多;而非工作狀態(tài)下更大的風(fēng)壓值對整機(jī)的穩(wěn)定性影響更為顯著。
　　2.基于計(jì)算流體力學(xué)理論和CFX軟件，構(gòu)建80組不同尺度的門機(jī)模型，對大型雙梁門式起重機(jī)進(jìn)行數(shù)值風(fēng)洞模擬計(jì)算，研究雙梁結(jié)構(gòu)在不同長細(xì)比、高寬比、間隔比下的風(fēng)分壓分布情況以及不同結(jié)構(gòu)尺度下體型系數(shù)、擋風(fēng)折減系數(shù)

4、的變化規(guī)律，豐富《規(guī)范》中風(fēng)振系數(shù)的數(shù)據(jù)譜;將國內(nèi)外研究成果以及數(shù)值分析值對比分析，驗(yàn)證數(shù)值模擬方法的適用性，對我國《規(guī)范》取值的準(zhǔn)確性進(jìn)行評價(jià)。
　　3.運(yùn)用雙向流固耦合方法對風(fēng)與起重機(jī)結(jié)構(gòu)的相互作用進(jìn)行研究。首先基于氣彈性風(fēng)洞試驗(yàn)的幾何相似性、動(dòng)力相似性、來流條件相似性以及質(zhì)量相似性的理論，建立耦合分析的氣彈性模型，再利用Ansys Workbench平臺(tái)并結(jié)合Fluent的SystemCoupling模塊進(jìn)行雙向流固耦合計(jì)算

5、。計(jì)算結(jié)果表現(xiàn)為起重機(jī)的風(fēng)壓云圖、位移時(shí)程曲線等，驗(yàn)證雙向流固耦合方法在起重機(jī)風(fēng)振研究中的運(yùn)用，同時(shí)將其與傳統(tǒng)靜載荷處理方法、模擬風(fēng)速譜的瞬態(tài)分析方法結(jié)果進(jìn)行對比。
　　本文從以上三個(gè)方面研究自然風(fēng)場中門式起重機(jī)的靜載荷及動(dòng)態(tài)響應(yīng)，更加準(zhǔn)確的量化風(fēng)對起重機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移產(chǎn)生的影響，研究結(jié)果表明《規(guī)范》中確定風(fēng)載荷時(shí)采用了過大的體型系數(shù)顯得保守，同時(shí)忽視了風(fēng)載荷對起重機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)作用，與自然風(fēng)場中門式起重機(jī)實(shí)際受載狀況有較大出入，故