Гардер Сергій Євгенійович. Аналіз перехідних процесів в геометрично змінюваних конструкціях на основі методу скінченних елементів

Короткий опис

Гардер Сергій Євгенійович. Аналіз перехідних процесів в геометрично змінюваних конструкціях на основі методу скінченних елементів. : Дис... канд. наук: 05.02.09 2003

Гардер С.Є. Аналіз перехідних процесів в геометрично змінюваних конструкціях на основі методу скінчених елементів. Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.09 - динаміка та міцність машин. Національний технічний університет Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2002.
Дисертація присвячена розробці на основі методу скінчених елементів (МСЕ) методики аналізу перехідних процесів в геометрично змінюваних конструкціях для потреб сучасного проектування. Розвинуто теоретичні основи застосування МСЕ до розрахунку динаміки механічних систем змінної геометрії, побудована та досліджена система рівнянь СЕ, що рухається у просторі. Методики застосовано до вибраного об'єкту дослідження портального крана. Створено математичну модель та комплекс програм для ЕОМ на її основі. Проведено порівняння моделі з експериментом на діючому портальному крані. Розроблено методику оцінки динамічної якості спроектованого портального крана з використанням поняття базового” робочого циклу, засобів математичної статистики і теорії випадкових процесів. Досліджено вплив на динаміку портального крану особливостей конструкції: параметрів гідромеханічного демпферу в рейці механізму зміни вилету, впливу жорсткості відтяжки та порталу.

З результатів дисертаційної роботи можна зробити наступні основні висновки:
1. Розвинута методика застосування МСЕ для аналізу перехідних процесів в геометрично змінюваній рухомій механічній системі; побудовані диференційні рівняння руху окремого СЕ, проаналізовані якісні внески членів ціх рівнянь. В явному виді наведені матриці жорсткості, мас, демпфірування для випадку СЕ стержневої форми. Наведений алгоритм, що дозволяє побудувати рівняння динаміки усього ансамблю СЕ з використанням ЕОМ.
2. Апробована методика побудови математичної моделі портального крана, як прикладу машини зі змінною геометрією. Уперше розроблена модель, яка ураховує податливість усіх складових частин металоконструкції, включає моделювання рушійних моментів електродвигунів, зовнішніх зусиль, враховує особливості системи управління.
3. На основі математичної моделі створений комплекс прикладних програм для ПЕОМ для дослідження роботи та аналізу динамічних параметрів об’єктів змінної геометрії. Вхідні дані програми включають велику кількість суттєвих параметрів і дозволяють моделювати машини, яні мають великі конструктивні відмінності.
4. Зіставленням даних, отриманих в натурному експерименті та розрахункових залежностей, доведено задовільну якість математичної моделі та її адекватність реальному об’єкту дослідження.
5. Спроектований "базовий" робочий цикл на основі осцилограми натурних випробувань крана, який дозволяє моделювати роботу оператора крана. На базі цього циклу створений ергодичний, для оцінювання динаміки крана поза залежністю від режиму його роботи та характеру операції, місця розташування.
6. Проведені розрахунки з метою оцінювання динамічних параметрів основного варіанту конструкції крана та порівняння його з удосконаленням варіантом. При роботі з вантажем 10т значення коефіцієнтів динамічності для Зусилля у рейці ЗВ досягає 2.84, для зусилля в вантажних канатах 3.07. Основна частина спектру усіх величин розміщена в області низькочастотних коливань з частотою порядку 0.3-0.6 гц, спектр широкий, що свідчить про розсіювання енергії в цілому діапазоні частот і про відсутність параметричних резонансів. Переважають коливання з малими амплітудами, що пояснюється великою жорсткістю конструкції.
Досліджений вплив на динамічні параметри крана:
а) наявність гідродинамічного демпфера в рейці ЗВ. Розрахунками доведено, що демпфер суттєво зменшує амплітуди динамічних зусиль; найбільше впливає на ЗВ. Найбільший вплив демпфера забезпечується при виборі коефіцієнту демпфірування q=8*105кг/сек2, жорсткості=2*106Н/м, (на базовому варіанті q=2,8*105кг/сек2,=106Н/м);
б) жорсткості відтяжки. Збільшення жорсткості до 2,56*106Н/м (на базовому варіанті 1,5*106Н/м ) найбільш зменшує рівень динамічних навантажень на валі механізму ПК. ;
в) жорсткості порталу. Збільшення жорсткості порпала дає незначне зменшенню амплітуд діючих сил в площині стрілової системи.