碩士研究生學(xué)位論文 摘要 i 摘 要 我國(guó)建筑裝飾行業(yè)特別是幕墻業(yè)的快速發(fā)展，使我國(guó)幕墻業(yè)成為世界上材料生產(chǎn)和 工程安裝大國(guó)。目前建筑裝飾普遍使用的高空作業(yè)施工平臺(tái)（簡(jiǎn)稱吊籃）的滿載率越來(lái) 越大，工作繁忙程度加重。因此，針對(duì)量大面廣的幕墻安裝業(yè)，以及建筑安裝坍塌和高 處墜落安全事故頻發(fā)、多發(fā)的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)，本文以 zlp800 型高空作業(yè)施工平臺(tái)為研究對(duì) 象，對(duì)整機(jī)及主要承載部件進(jìn)行靜、動(dòng)力學(xué)分析，找出影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的關(guān)鍵因素， 并提出改進(jìn)意見(jiàn)，為大載荷多功能高空作業(yè)平臺(tái)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，提供一定方法及理論參考。 本文首先以有限元的理論為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有高空作業(yè)施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)的合理的簡(jiǎn)化 處理，以及現(xiàn)場(chǎng)施工工況的采集，建立了整機(jī)結(jié)構(gòu)有限元模型，并分為額定載荷均布、 125%額定載荷均布、額定載荷偏置、橫向載荷作用四種載荷工況，對(duì)主要承載部件 懸掛機(jī)構(gòu)進(jìn)行了靜力學(xué)計(jì)算，獲得了各工況下懸掛機(jī)構(gòu)的位移及應(yīng)力值，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的 分析找出結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)區(qū)域，提出可行改進(jìn)辦法。其次，對(duì)整機(jī)及懸掛機(jī)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分 析，提取了前四階模態(tài)，獲得了對(duì)應(yīng)的固有頻率及模態(tài)振型，并分析了每種振型的起振 原因, 給出了避免主振型被激發(fā)的建議。最后，在動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，對(duì)整機(jī)起升 系統(tǒng)簡(jiǎn)化處理，建立了單自由度彈簧振動(dòng)模型，研究了起升沖擊載荷及起升動(dòng)載系數(shù)的 計(jì)算方法，進(jìn)而基于動(dòng)力學(xué)分析理論對(duì)懸吊平臺(tái)突然離地起升工況 、突然加載工況及平 臺(tái)承受移動(dòng)載荷工況進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，獲得了三種工況下的位移、速度、加速度響 應(yīng)曲線。并通過(guò)對(duì)求解所得的動(dòng)位移、動(dòng)應(yīng)力數(shù)值進(jìn)行處理，得到相應(yīng)工況下的起升動(dòng) 載系數(shù)，并分析了影響動(dòng)載系數(shù)的主要因素，針對(duì)可能產(chǎn)生較大沖擊載荷的情況提出了 改進(jìn)辦法。 本文以現(xiàn)有產(chǎn)品為原型，利用有限元的方法及動(dòng)力學(xué)的相關(guān)理論，分析了多工況多 種載荷下高空作業(yè)施工平臺(tái)的強(qiáng)度、剛度等力學(xué)特性，獲得了一套切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)分析 方法，為新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)提供了有效的研究方法及理論參考。 關(guān)鍵詞：高空作業(yè)施工平臺(tái)；有限元法；模態(tài)分析；瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 碩士研究生學(xué)位論文 abstract iii abstract the rapid growth of the construction and decoration industry in our country especially in curtain wall industry, turn our country into the largest one of stuff production and projects installation in the world. currently, the full load rate of temporarily installed suspended access equipment which is widespread used in construction and decoration industry increases quickly, and the busy degree of work is made more serious. therefore, to aim at the severe actuality of great amount of curtain wall installation, and construction installation accidents and high falling accidents. the zlp800 temporarily installed suspended access equipment is researched as a object in this paper, the complete appliance and the main bear parts has been analyzed by ways of statics and dynamics, the key factor which influence the strength and stiffness has been found, some methods and theories reference are supplied for development of large load multifunction temporarily installed suspended access equipment product. it bases on finite element theory in the paper, finite element model of complete appliance construction was established, through the analyzing and reasonable simplifying and processing of currently existing temporarily installed suspended access equipment construction, and the gathering of working conditions in construction scene. on the basis of four load working conditions, finite element statics calculation was did to the suspended access equipment, and displacement and stress of suspended access equipment was gained, the danger areas were found through the analysis to the data, the feasible improved method was put forward. second, model analysis is done to complete appliance construction and the suspended access equipment, the former four models are extracted, the corresponding natural frequency and mode of vibration were gained, the cause of every mode of vibration is analyzed, the advice which could avert to arouse the main mode of vibration was given. at last, base on the corresponding theories of dynamics，lift system of complete appliance is simplified, single- degree- of- freedom spring vibration system is built, the calculation methods of lift attack load and lift dynamic load factor are researched, then base on the finite element dynamics analysis theory, transient dynamics analysis was done when suspended platform suddenly lifted from ground, adding weight suddenly and mobile loads. the displacement, velocity and acceleration responding curves are gained in three load working conditions, dynamic displacement and dynamic stress gained by solving was processed, and lift dynamic load factors in diverse working conditions are gained, the main reason influencing dynamic load factor was analyzed, the improve methods were given to the condition which could cause larger attack load. the mechanics characteristic such as intensity and rigidity in diverse working conditions iv abstract 碩士研究生學(xué)位論文 and diverse loads was analyzed by finite element method and dynamics corresponding theories with the archetype of currently product, a feasible structure analysis method has been gained. in order to provide effective research method and valuable theory reference for the developing and designing of new products. keywords: temporarily installed suspended access equipment；finite element method； model analysis；transient dynamics analysis 聲 明 本人聲明， 所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的。論文 中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外， 不包含其他人已經(jīng)發(fā)表 或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包括本人為獲得其它學(xué)位而使用過(guò)的材料。 與我共同工作過(guò)的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明 確的說(shuō)明并表示謝意。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解沈陽(yáng)建筑大學(xué)有關(guān)保留、 使用 學(xué)位論文的規(guī)定： 即學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的 復(fù)印件和磁盤(pán)，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)沈陽(yáng)建筑大學(xué)可以將 學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索、交流。 （如作者 和導(dǎo)師同意論文交流，請(qǐng)?jiān)谙路胶灻环駝t視為不同意。 ） 作者和導(dǎo)師同意網(wǎng)上交流的時(shí)間為作者獲得學(xué)位后： 不限 半年 一年 一年半 兩年 作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日 期： 日 期： 碩士研究生學(xué)位論文 第一章 緒論 1 第一章 緒論 1.1 課題的研究背景 我國(guó)是世界上建筑施工量最大的國(guó)家， 同時(shí)也是建筑工程安全事故頻發(fā)的大國(guó)。 2006 年全國(guó)僅房屋建筑和市政工程高處墜落事故發(fā)生 409 起、死亡 426 人。事故不僅給人 民生命、財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失，還給全社會(huì)造成巨大負(fù)擔(dān)，與全面建設(shè)小康社會(huì)、和諧社 會(huì)的目標(biāo)極不協(xié)調(diào)。 在工程事故中， 2006 年上半年高處墜落占 39.5%， 施工坍塌占 22.6%， 是多年來(lái)久治不愈的頑疾；一直以來(lái)也是政府和企業(yè)主管部門(mén)重點(diǎn)治理的主攻方向。 我國(guó)建筑裝飾行業(yè)特別是幕墻業(yè)，現(xiàn)已不僅是材料生產(chǎn)、工程大國(guó)，已開(kāi)始向海外 輸出技術(shù)、材料，在中東、歐洲、非洲和東南亞承接工程，并在美國(guó)、新加坡、韓國(guó)、 俄羅斯、中東等國(guó)家投資，建立“ 三資” 企業(yè)，為滿足全社會(huì)日益增長(zhǎng)的美化環(huán)境、提高 生活質(zhì)量的需求做出了貢獻(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1990 年到 2004 年間，建筑裝飾行業(yè)共安裝各類 幕墻 34 億平方米， 不僅大大提高了城市服務(wù)、 旅游觀光設(shè)施以及居民住宅的檔次和質(zhì)量， 而且滿足了居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級(jí)所帶來(lái)的對(duì)居住環(huán)境的優(yōu)美性、 安全性、 舒適性的需求。 “ 十 一五” 期間我國(guó)裝飾幕墻市場(chǎng)的發(fā)展?jié)摿θ匀痪薮螅?但目前幕墻施工大都仍采用搭設(shè)腳手 架、施工平臺(tái)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等，沒(méi)有專用的幕墻安裝設(shè)備。因此建筑幕墻安裝無(wú)腳手架施工 裝備技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)迫在眉睫， 只有開(kāi)發(fā)出新型的施工裝備才能滿足目前市場(chǎng)的需要， 滿足施工安全的要求，增強(qiáng)參與國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，提高作業(yè)效率和施工質(zhì)量并改變落 后傳統(tǒng)的施工工藝。 近兩年我國(guó)就從德國(guó)、日本、法國(guó)、盧森堡、比利時(shí)等國(guó)家進(jìn)口幕墻安裝大載荷施 工平臺(tái)等耗資上數(shù)百萬(wàn)美元，進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴。如果采用本課題開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品， 按照較 為保守的估算，每年對(duì)這類機(jī)械設(shè)備的需求量在 10002000 臺(tái)左右，可新增產(chǎn)值 13 億元，新增利稅 0.20.7 億元，為企業(yè)帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益，產(chǎn)業(yè)化前景樂(lè)觀。就國(guó)際 市場(chǎng)而言，由于此類設(shè)備具有多功能、大高度、多適應(yīng)性、高安全性等特點(diǎn)，加上較高 的技術(shù)含量支撐，因而在國(guó)際上也具有相當(dāng)大的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，預(yù)計(jì)每年可出口 100300 臺(tái)左右，為國(guó)家創(chuàng)匯 30006000 萬(wàn)美元，可獲得更大發(fā)展空間，預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益顯著。 通過(guò)課題產(chǎn)品的應(yīng)用，為幕墻安裝無(wú)腳手架作業(yè)施工提供可靠的裝備，并可改變幕 墻安裝施工作業(yè)依賴腳手架的傳統(tǒng)施工工法，防止安全事故發(fā)生，操作使用安全，具有 很好的社會(huì)效益。 我國(guó)建筑業(yè)在快速發(fā)展，使我國(guó)幕墻業(yè)已成為世界上最大的材料生產(chǎn)和工程安裝大 國(guó)。幕墻安裝的市場(chǎng)越來(lái)越大，工作越來(lái)越多，必將有廣闊發(fā)展空間。課題成果完成后， 以 1 個(gè)產(chǎn)業(yè)化基地為基礎(chǔ)，盡快形成年產(chǎn) 10002000 臺(tái)的批量，同時(shí)課題負(fù)責(zé)單位主動(dòng) 面向全行業(yè)推廣研究成果，在各地區(qū)建設(shè)應(yīng)用推廣基地，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)化范 圍，為廣大施工企業(yè)提供新型施工裝備。 本課題的實(shí)施可為行業(yè)解決相關(guān)共性技術(shù)，如齒輪嚙合傳動(dòng)技術(shù)；電氣控制與電力 2 第一章 緒論 碩士研究生學(xué)位論文 拖動(dòng)技術(shù)；載荷、應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)；大高度結(jié)構(gòu)受力分析與計(jì)算技術(shù)；金屬結(jié)構(gòu)在特殊環(huán) 境下抗腐蝕技術(shù)；結(jié)構(gòu)減振、機(jī)構(gòu)降噪技術(shù)；機(jī)、電一體化控制技術(shù)；重要連接件、緊 固件可靠性技術(shù)，同時(shí)向行業(yè)制造企業(yè)推廣研究成果，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)化范圍，可帶動(dòng)國(guó)內(nèi)建 設(shè)機(jī)械行業(yè)發(fā)展，以提高行業(yè)整體技術(shù)水平。為幕墻安裝和電梯安裝無(wú)腳手架作業(yè)裝備 施工提供可靠的裝備，節(jié)約建設(shè)投資，防止安全事故發(fā)生，并形成新的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，替代 進(jìn)口，節(jié)約外匯。此外，由于目前國(guó)內(nèi)建筑施工勞動(dòng)力成本的提高，安全法規(guī)日益完善， 節(jié)能環(huán)保意識(shí)和施工效率已納入業(yè)主和總包綜合成本預(yù)算中，據(jù)日本和歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家 的測(cè)算，采用無(wú)腳手架設(shè)備施工能比腳手架用鋼材減少 90%，而且，施工效率高、施工 速度快，操作使用安全，節(jié)能環(huán)保。日本自 20 年前推廣無(wú)腳手架設(shè)備施工工法后，有效 地遏制了高處墜落和坍塌事故。因此，采用本課題推廣產(chǎn)品具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì) 效益。 通過(guò)實(shí)施本課題一些關(guān)鍵技術(shù)，徹底改變了腳手架施工前后材料的亂扔亂放現(xiàn)象， 大大降低了施工設(shè)備的投資成本，提高施工效率，節(jié)約鋼材使用 90%以上，便于現(xiàn)場(chǎng)文 明潔凈的施工，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展，具有良好的環(huán)境效益。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家建筑裝備也比較發(fā)達(dá)，施工技術(shù)、施工工法等都比較完善，發(fā)達(dá)國(guó)家 建筑業(yè)人均裝備率是我國(guó)人均裝備率的 810 倍。 日本早在 20 多年前就已經(jīng)推出了無(wú) 腳手架作業(yè)法 ，美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)等歐美國(guó)家也先后推出了高空作業(yè)機(jī)械施工 工法 。 近年來(lái)針對(duì)大型建筑的發(fā)展， 施工企業(yè)普遍裝備了高度自動(dòng)化、 智能化施工裝備， 對(duì)施工作業(yè)的安全性高度重視，在高處作業(yè)施工平臺(tái)、高空升降平臺(tái)和建筑物清洗維護(hù) 設(shè)備等具有較高危險(xiǎn)性的設(shè)備上均采用了多道安全保護(hù)系統(tǒng)，大大提高了工程施工的安 全性；在施工過(guò)程中普遍采用施工過(guò)程信息化管理，做到施工全過(guò)程精細(xì)化管理，使工 程質(zhì)量、能耗、污染、浪費(fèi)得到了有效的控制。在幕墻安裝和電梯安裝方面推出了許多 種無(wú)腳手架作業(yè)的設(shè)備品種，由此使得施工速度、質(zhì)量和效益大幅提升。 國(guó)外施工企業(yè)取得的成就，很關(guān)鍵的一點(diǎn)就是有強(qiáng)大的施工裝備的支撐，眾多的設(shè) 備公司緊緊圍繞著工程施工發(fā)展的需要， 研發(fā)出多種施工急需和必需的設(shè)備武裝建筑業(yè)。 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)在建筑施工平臺(tái)方面的發(fā)展起步較晚， 最初于 1985 年開(kāi)始對(duì)建筑裝飾裝修用施 工平臺(tái)進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)， 1988 年由中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑機(jī)械化研究分院和無(wú)錫通天 建筑機(jī)械有限公司、無(wú)錫申錫建筑機(jī)械有限公司共同研發(fā)的 zld800 高處作業(yè)施工平臺(tái) 通過(guò)了建設(shè)部的鑒定，又先后開(kāi)發(fā) zld500、zld250、zld630 等一系列產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi) 的外墻粉刷和裝飾、裝修中發(fā)揮了很大的作用。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)法規(guī)方面，1996 年中 國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑機(jī)械化研究分院和有關(guān)單位一起先后負(fù)責(zé)完成了 jg5099- 1988 高空作業(yè)機(jī)械安全規(guī)則和 jg/t51005104- 1988高空作業(yè)平臺(tái)建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)； 碩士研究生學(xué)位論文 第一章 緒論 3 負(fù)責(zé)完成了 gb19155- 2003高處作業(yè)施工平臺(tái)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為本課題的開(kāi)展奠定了很好 的基礎(chǔ)。同時(shí)，多年來(lái)關(guān)于高空作業(yè)施工平臺(tái)的技術(shù)論文也有很多，如山東省建筑科學(xué) 研究院的徐艷華等對(duì)高空作業(yè)施工平臺(tái)的懸掛機(jī)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析，分為額定載荷、 125%額定載荷以及 125%額定載荷突然卸載三種工況對(duì)施工平臺(tái)的懸掛機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度剛度 進(jìn)行了有效分析，并對(duì)不同鋼絲繩預(yù)應(yīng)力情況下懸掛機(jī)構(gòu)的變形情況進(jìn)行了對(duì)比分析， 為改善系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)、優(yōu)化系統(tǒng)性能提供理論依據(jù)1。廣州裕華興建筑機(jī)械制造有限公 司的高明敏分析了水平載荷對(duì)施工平臺(tái)懸掛機(jī)構(gòu)的影響，分析了使懸掛機(jī)構(gòu)水平載荷的 形成因素包括風(fēng)載荷及人為斜拉施工平臺(tái)兩種情況，并按照最危險(xiǎn)工況對(duì)施工平臺(tái)承受 水平及豎直載荷同時(shí)作用時(shí)懸掛機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性等進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并對(duì)行 業(yè)規(guī)范提出了一定的建議2。北京奧宏遠(yuǎn)工貿(mào)有限公司對(duì)高空作業(yè)施工平臺(tái)提升機(jī)的兩 種卷繩機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及工作原理進(jìn)行了分析，提出了兩種機(jī)構(gòu)的選用標(biāo)準(zhǔn)，并得出了鋼絲 繩所受法向壓力是影響徑向壓繩結(jié)構(gòu)提升機(jī)發(fā)生滑繩和鋼絲繩散股故障的重要因素，并 提出了開(kāi)發(fā)大提升能力的提升機(jī)的卷繩方式的選擇3。北京北辰機(jī)械廠的喻惠業(yè)提出了 諧波齒輪傳動(dòng)在吊籃提升機(jī)上的應(yīng)用4。遼寧省安全科學(xué)研究院的張華文、張金生等新 型高處作業(yè)吊籃安全鎖試驗(yàn)裝置一文，對(duì)吊籃用安全鎖的試驗(yàn)裝置進(jìn)行了深入研究，模 擬了鎖繩角度、靜置滑移量及自由墜落鎖繩距離等試驗(yàn)，該裝置對(duì)安全鎖的各項(xiàng)指標(biāo)均 可進(jìn)行模擬試驗(yàn)5。但盡管這樣，用于施工安裝的工法和施工技術(shù)規(guī)程還處于空白。用 于幕墻安裝和電梯安裝大部分工程仍然采用傳統(tǒng)的搭設(shè)腳手架施工方法，重點(diǎn)工程所需 的專用設(shè)備還需要進(jìn)口。 1.2.3 發(fā)展趨勢(shì) 由于建筑業(yè)的快速發(fā)展，特別是幕墻業(yè)已成為建筑領(lǐng)域一個(gè)重要的部分。伴隨而來(lái) 的，對(duì)相應(yīng)的配套設(shè)備要求也越來(lái)越高，要求作為幕墻安裝的高空作業(yè)平臺(tái)具有更大的 承載能力，更大的覆蓋區(qū)域，以能夠承擔(dān)一定的幕墻材料運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)，以及適應(yīng)不同的 建筑尺寸。這就要求施工平臺(tái)生產(chǎn)商不斷向大載荷、大跨度、多功能的方向邁進(jìn)，參與 激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，快速地適應(yīng)多變的市場(chǎng)需求。同時(shí)，安全問(wèn)題更加不容忽視，多重安 全保護(hù)系統(tǒng)也成為目前施工平臺(tái)行業(yè)一個(gè)較為明確的發(fā)展方向。我國(guó)高空作業(yè)施工平臺(tái) 還存在許多技術(shù)問(wèn)題有待解決，其外觀形狀、平臺(tái)工作范圍及基本結(jié)構(gòu)變化不明顯，產(chǎn) 品的品種和規(guī)格都與發(fā)達(dá)國(guó)家有較大差距，需要在驅(qū)動(dòng)和摩擦傳動(dòng)方式上加以改進(jìn)，以 達(dá)到節(jié)能和提高效率的目的；在籃體結(jié)構(gòu)的異形化和模塊化組合以及提升能力的不斷提 高方面需要加以改進(jìn)，以達(dá)到靈活增加工作范圍的目的；在懸吊支承結(jié)構(gòu)上需要改進(jìn)， 使施工平臺(tái)的支承體系多樣化和輕便化，以適應(yīng)不同建筑結(jié)構(gòu)的要求6?？傊?，國(guó)內(nèi)外 施工平臺(tái)行業(yè)都在朝著提高施工效率、操作使用更安全方便、以及節(jié)能環(huán)保的趨勢(shì)發(fā)展。 1.3 本文研究的目的及意義 我國(guó)幕墻業(yè)是世界上最大的產(chǎn)能大國(guó)。但目前幕墻施工大都仍采用搭設(shè)腳手架、施 工平臺(tái)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等，沒(méi)有專用的幕墻安裝設(shè)備。幕墻安裝過(guò)程中高空墜落事故頻頻發(fā)生 4 第一章 緒論 碩士研究生學(xué)位論文 不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也給施工人員的安全帶來(lái)了巨大的威脅。因此建筑幕墻安裝 無(wú)腳手架施工裝備技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)迫在眉睫，只有開(kāi)發(fā)出新型的施工裝備才能滿足目 前市場(chǎng)的需要，滿足施工安全的要求，增強(qiáng)參與國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，提高作業(yè)效率和施 工質(zhì)量并改變落后傳統(tǒng)的施工工藝。一些重大工程、重點(diǎn)工程為保證施工質(zhì)量和施工周 期，不得不進(jìn)口國(guó)外先進(jìn)國(guó)家產(chǎn)品。2004 年僅進(jìn)口重大關(guān)鍵施工設(shè)備就花費(fèi)了 300 多億 元人民幣。因此，應(yīng)該盡快開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，替代進(jìn)口，參與國(guó)際競(jìng) 爭(zhēng)，并填補(bǔ)國(guó)內(nèi)該類產(chǎn)品的空白。為我國(guó)建筑業(yè)快速發(fā)展提供可靠有效的設(shè)備保障。 我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)地位逐步確立，建筑業(yè)在快速發(fā)展，已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，高層 建筑是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，其幕墻安裝和電梯安裝必將有廣闊發(fā)展空間。課題成果完成后， 將以產(chǎn)業(yè)化基地為基礎(chǔ)，盡快形成每年 3000 臺(tái)的批量，同時(shí)課題負(fù)責(zé)單位主動(dòng)面向全行 業(yè)推廣研究成果，在各地區(qū)分布建設(shè)應(yīng)用推廣基地，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)化范圍， 為廣大施工企業(yè)提供新型施工裝備。課題的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)及專利，均能獨(dú)立地進(jìn)行技術(shù) 轉(zhuǎn)讓或?qū)υ屑夹g(shù)進(jìn)行升級(jí)改造，推廣新技術(shù)、新裝置、新工藝前景廣闊。由于市場(chǎng)需 求的不斷增加，課題研究成果的日益成熟，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn)，拉動(dòng)整個(gè)建筑裝 備行業(yè)技術(shù)長(zhǎng)足進(jìn)步，是本課題研究的長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。 1.4 本文主要研究的內(nèi)容 根據(jù)項(xiàng)目確定的課題目標(biāo)與任務(wù)要求，針對(duì)我國(guó)建筑安裝坍塌和高處墜落安全事故 頻發(fā)、多發(fā)的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)，借鑒國(guó)際先進(jìn)國(guó)家的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，針對(duì)量大面廣 的幕墻安裝領(lǐng)域研發(fā)相應(yīng)的無(wú)腳手架作業(yè)安裝產(chǎn)品和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；本文以中國(guó)建筑科學(xué)研 究院建筑機(jī)械化分院自主研發(fā)的 zlp800 型高空作業(yè)施工平臺(tái)為原型，運(yùn)用理論力學(xué)、 材料力學(xué)等基礎(chǔ)力學(xué)知識(shí)及動(dòng)力學(xué)的相關(guān)理論，并結(jié)合大型有限元分析軟件 ansys， 建立了高空作業(yè)施工平臺(tái)整機(jī)的有限元模型，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有高空作業(yè)施工平臺(tái)產(chǎn)品的具體 工況分析，結(jié)構(gòu)的受力、強(qiáng)度、剛度分析，對(duì)主要承載結(jié)構(gòu)在突然起升工況下的動(dòng)力沖 擊進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，研究了施工平臺(tái)懸掛機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性及動(dòng)力響應(yīng)。采用理論與實(shí) 驗(yàn)相結(jié)合的基本方法總結(jié)出一整套科學(xué)合理，切實(shí)可行的分析計(jì)算方法，使其能夠應(yīng)用 到大載荷多功能高空作業(yè)施工平臺(tái)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與理論分析過(guò)程中，由于該施工平臺(tái)產(chǎn)品 尚處于研發(fā)設(shè)計(jì)階段。鑒于此，本文主要從以下幾方面內(nèi)容進(jìn)行研究： （1）以目前廣泛應(yīng)用的 zlp800 型高空作業(yè)施工平臺(tái)產(chǎn)品為研究對(duì)象，運(yùn)用有限元 的基本理論，建立了施工平臺(tái)的有限元模型，對(duì)其在不同工況下結(jié)構(gòu)的受力、強(qiáng)度及剛 度進(jìn)行分析。并將獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，找出整機(jī)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，提出改進(jìn)意見(jiàn)。 （2）對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，提取了前四階固有頻率，主振型及振型圖，分析了 前四階固有頻率對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，以及結(jié)構(gòu)參數(shù)變化時(shí)系統(tǒng)固有頻率的變化。 （3）建立了起升系統(tǒng)在動(dòng)載荷激勵(lì)下的力學(xué)模型，對(duì)模型進(jìn)行分析求解，獲得了懸 吊平臺(tái)突然由地面滿載起升時(shí)的動(dòng)載荷計(jì)算方法及其計(jì)算值。 （4）以動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論為基礎(chǔ)，采用有限元的基本方法，對(duì)主要承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行了瞬 碩士研究生學(xué)位論文 第一章 緒論 5 態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，獲得高空作業(yè)施工平臺(tái)起升系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)，包括動(dòng)應(yīng)力、動(dòng)位移仿真 云圖和典型節(jié)點(diǎn)的位移、速度及加速度響應(yīng)的時(shí)間歷程曲線，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。計(jì) 算獲得了各工況下的起升動(dòng)載系數(shù)，分析了其主要影響因素，并提出改進(jìn)辦法。 碩士研究生學(xué)位論文 第二章 高空作業(yè)施工平臺(tái)有限元模型建立 6 第二章 高空作業(yè)施工平臺(tái)有限元模型建立 2.1 有限元分析理論 2.1.1 有限單元法概述 目前在工程領(lǐng)域內(nèi)常用的數(shù)值模擬方法有：有限元法、邊界元法、離散單元法和有 限差分法，就其廣泛性而言，主要還是有限單元法。有限元方法的基礎(chǔ)是變分原理和加 權(quán)余量法，它的基本思想是將問(wèn)題的求解域劃分為一系列的單元，單元之間僅靠節(jié)點(diǎn)相 連。單元內(nèi)部的待求量可由單元節(jié)點(diǎn)量通過(guò)選定的函數(shù)關(guān)系插值得到。由于單元形狀簡(jiǎn) 單，易于平衡關(guān)系和能量關(guān)系建立節(jié)點(diǎn)量的方程式，然后將各單元方程集組成總體代數(shù) 方程組，計(jì)入邊界條件后可對(duì)方程求解。 作為一種分析工具的有限元法的發(fā)展， 實(shí)質(zhì)上是從數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)而開(kāi)始的。 一個(gè)連續(xù)介質(zhì)問(wèn)題的數(shù)值解法，基本上需要建立和求解一個(gè)代數(shù)方程組。在計(jì)算機(jī)上使 用有限元法，就有可能用非常有效的方法建立和求解復(fù)雜系統(tǒng)的控制方程組。有限元之 所以具有廣泛的吸引力，主要是因?yàn)樗芊治鲆话愕慕Y(jié)構(gòu)或連續(xù)體，能夠比較容易建立 其控制方程，而所建立的系統(tǒng)矩陣具有良好的數(shù)值性質(zhì)。 有限元法首先是在結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題分析的物理基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，但是不久人們就認(rèn) 識(shí)到這個(gè)方法同樣可以用來(lái)解決許多其它類型的問(wèn)題。當(dāng)給出有限元法的變分公式并在 分析中采用了以后，有限元法的普遍性就更為明顯了。 目前，有限元法的概念是一個(gè)非常廣泛的概念。雖然我們只限于結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題的分 析，但這種方法能用于各種不同的行業(yè)。在實(shí)際問(wèn)題的求解中廣泛使用的一種最重要的 方法，是基于位移的有限元法，因?yàn)檫@種方法具有簡(jiǎn)單性、普遍性和良好的數(shù)值性質(zhì)， 所以所有較大的分析程序?qū)嶋H上都是根據(jù)它來(lái)編寫(xiě)的。 有限元分析法（fea）近年來(lái)應(yīng)用非常廣泛，即使是很復(fù)雜的應(yīng)力問(wèn)題的數(shù)值解， 應(yīng)用有限元分析的常規(guī)方法都可以得到。從數(shù)學(xué)角度來(lái)看，有限元法基本思想的提出， 可以以 1943 年 cournat的開(kāi)創(chuàng)性工作為標(biāo)志。他第一次嘗試應(yīng)用定義在三角形區(qū)域上的 分片連續(xù)函數(shù)和最小位能原理相結(jié)合，來(lái)求解扭轉(zhuǎn)問(wèn)題7- 9。 從應(yīng)用角度來(lái)看，有限元法的第一次成功嘗試，是將剛架位移法推廣應(yīng)用于彈性力 學(xué)平面問(wèn)題，這是 tunrer、clough等人在 1956 年分析飛機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)得到的成果。他們第一 次給出了用三角形單元求得平面應(yīng)力問(wèn)題的正確解答。他們的研究工作打開(kāi)了利用電子 計(jì)算機(jī)求解復(fù)雜平面彈性問(wèn)題的新局面。1960 年 cluohg 進(jìn)一步處理了平面彈性問(wèn)題， 并第一次提出了“有限單元法”的名稱，使人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)有限單元法的功效10。 有限元法經(jīng)歷了從上世紀(jì)四十年代至今的歷程，歷經(jīng)了誕生、發(fā)展和完善這三個(gè)主 要?dú)v史時(shí)期。在理論上，確認(rèn)了有限元法是處理連續(xù)介質(zhì)問(wèn)題的一種普遍方法。在實(shí)踐 方面，有限元法己經(jīng)在許多學(xué)科領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，已由靜力平衡問(wèn)題擴(kuò)展到穩(wěn)定問(wèn)題、 動(dòng)力問(wèn)題和波動(dòng)問(wèn)題，由彈性力學(xué)平面問(wèn)題擴(kuò)展到空間問(wèn)題、板殼問(wèn)題。分析對(duì)象從彈 7 第二章 高空作業(yè)施工平臺(tái)有限元模型建立 碩士研究生學(xué)位論文 性材料擴(kuò)展到塑性、粘塑性、粘彈性和復(fù)合材料等，從固體力學(xué)領(lǐng)域擴(kuò)展到流體力學(xué)、 傳熱學(xué)等連續(xù)介質(zhì)力學(xué)領(lǐng)域。 同傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)分析方法相比，有限元分析方法具有顯著的優(yōu)越性，它的優(yōu)點(diǎn)主要有 11- 12: （1）可以方便的計(jì)算所研究模型任意點(diǎn)的應(yīng)力和位移狀態(tài)。 （2）可以列表顯示數(shù)據(jù)結(jié)果，還可以在顯示界面上自動(dòng)給出立體圖像。 （3）一旦實(shí)際的物理模型被轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)力學(xué)模型，就可反復(fù)使用同一模型進(jìn)行各種 加載狀況的計(jì)算，保證了模型的完全相似。 （4）還可以用同一種計(jì)算機(jī)程序來(lái)對(duì)多種不同模型進(jìn)行計(jì)算分析。 （5） 在計(jì)算機(jī)的幫助下， 大量的數(shù)據(jù)處理變得較為容易， 不管研究對(duì)象的幾何形狀、 材料性質(zhì)、支持條件等多么復(fù)雜，都能進(jìn)行求解分析，并迅速得出結(jié)果。為了驗(yàn)證其分 析結(jié)果是否正確，有時(shí)需要用己知的基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)際經(jīng)驗(yàn)加以驗(yàn)證、判斷，必要時(shí)可以 運(yùn)用實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析法，或根據(jù)客觀依據(jù)，總結(jié)出符合實(shí)際的規(guī)律性，使得結(jié)果更具有科 學(xué)性和可信性。 2.1.2 有限元法的發(fā)展及其在各領(lǐng)域的應(yīng)用 “有限元”這一概念早在 40 年代就提出來(lái)了，50 年代初期曾將其應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 但由于計(jì)算過(guò)于復(fù)雜，又沒(méi)有先進(jìn)的計(jì)算工具，其應(yīng)用受到了制約。隨著 60 年代初計(jì)算 機(jī)的飛速發(fā)展，有限元方法才得到了快速發(fā)展，目前被作為主要技術(shù)手段應(yīng)用于現(xiàn)代工 程設(shè)計(jì)中。所以說(shuō)有限元方法的產(chǎn)生是與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展密不可分的。在電子計(jì)算機(jī) 廣泛用于工程設(shè)計(jì)以前，也有許多數(shù)值計(jì)算方法，例如有限差分法，它基于直交網(wǎng)格系 列，計(jì)算格式比較簡(jiǎn)便，但邊界適應(yīng)性較差。有限元法由于節(jié)點(diǎn)可以任意配置，對(duì)復(fù)雜 形狀的物體可以使邊界節(jié)點(diǎn)完全落在區(qū)域邊界上，因而在邊界上給出良好的逼近;對(duì)于由 幾種材料組合而成的物體，可以把單元的一邊取在分界面上而得到較好的處理，并可根 據(jù)實(shí)際需要，在一部分求解區(qū)域中（如應(yīng)力集中處）配置較密集的節(jié)點(diǎn)，而在另一部分 求解區(qū)域配置較稀疏的節(jié)點(diǎn)，使其在不過(guò)分增加節(jié)點(diǎn)總數(shù)的情況下，提高計(jì)算精度。而 這些優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于采用直交網(wǎng)格的有限差分法是難以實(shí)現(xiàn)的。又如里茲法，它是古典變分 法，這種方法對(duì)具有復(fù)雜形狀的區(qū)域，由于光滑的坐標(biāo)函數(shù)（它必須滿足某些邊界條件） 實(shí)際上無(wú)法選取，故很難采用。而有限元法則通過(guò)離散化處理，用構(gòu)造分塊光滑的（有 時(shí)是近似的）坐標(biāo)函數(shù)克服了這一困難7： 這一方法最初應(yīng)用于宇航工程，并迅速推廣于造船、土木建筑、機(jī)電工業(yè)等部門(mén)。 有限元方法經(jīng)過(guò) 20 多年的發(fā)展，作為一種結(jié)構(gòu)分析技術(shù)來(lái)講，未來(lái)的發(fā)展主要是在各個(gè) 工程領(lǐng)域中的應(yīng)用和提高，并完善有限元方法的基本技巧。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad） 在工程設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用，己與優(yōu)化設(shè)計(jì)形成集成的有限元分析系統(tǒng)，即通過(guò)計(jì)算機(jī)建 立計(jì)算模型一有限元分析一最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一結(jié)果圖形顯示一判斷決策一修改結(jié)構(gòu)形狀一 有限元分析直至滿足設(shè)計(jì)要求為止。要準(zhǔn)確地掌握這集成系統(tǒng)的使用方法，正確無(wú) 碩士研究生學(xué)位論文 第二章 高空作業(yè)施工平臺(tái)有限元模型建立 8 誤的分析策略和對(duì)分析結(jié)果做出的正確判斷，需要有豐富的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，利用人工智 能技術(shù)，形成智能性的有限元分析系統(tǒng)，即形成有限元專家系統(tǒng)。 2.2 有限元分析軟件 ansys 簡(jiǎn)介 2.2.1 ansys 軟件介紹 ansys 軟件是融合結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元分析軟 件，可廣泛用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、汽車(chē)交通、國(guó) 防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、日用家電等一般工業(yè) 及科學(xué)研究。該軟件可在大多數(shù)計(jì)算機(jī)及操作系統(tǒng)中運(yùn)行，從 pc 到工作站直到巨型計(jì) 算機(jī)，ansys 文件在其所有的產(chǎn)品系列和懸吊平臺(tái)上均兼容。它開(kāi)發(fā)了第一個(gè)集成的 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（cfd）功能，亦是第一個(gè)并且是唯一一個(gè)開(kāi)發(fā)了多物理場(chǎng)分析功能的 軟件。 ansys 的多物理場(chǎng)耦合功能，允許在同一模型上進(jìn)行各式各樣的耦合計(jì)算成本， 如：熱- 結(jié)構(gòu)耦合、磁- 結(jié)構(gòu)耦合以及電- 磁- 流體- 熱耦合，在 pc 上生成的模型同樣可運(yùn)行 于巨型計(jì)算機(jī)上，這樣就確保了 ansys 對(duì)多領(lǐng)域多變工程問(wèn)題的求解13。 2.2.2 ansys 軟件組成與特點(diǎn) ansys 軟件的組成主要包括三個(gè)部分：前處理模塊、分析計(jì)算模塊和后處理模塊 14- 15。 1前處理模塊 它為用戶提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以便捷地構(gòu)造有限元 模型，軟件為用戶提供 100 余種單元類型，用來(lái)模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。 （1）實(shí)體建模。 a.參數(shù)化建模。 b.體素庫(kù)及布爾運(yùn)算。 c.拖拉、旋轉(zhuǎn)、拷貝、蒙皮、倒角等。 （2）多種自動(dòng)網(wǎng)格劃分的工具，自動(dòng)進(jìn)行單元形態(tài)、求解精度檢查及修正。 a.自由/映射網(wǎng)格劃分、智能網(wǎng)格劃分、自適應(yīng)網(wǎng)格劃分。 b.復(fù)雜幾何體 sweep 映射網(wǎng)格生成。 c.六面體向四面體自動(dòng)過(guò)渡網(wǎng)格：金字塔形。 d.邊界層網(wǎng)格劃分。 （3）在幾何模型或 fe模型上加載：點(diǎn)載荷、分布載荷、體載荷、函數(shù)載荷。 （4）可擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)梁截面形狀庫(kù)。 2分析計(jì)算模塊 包括結(jié)構(gòu)分析 （可進(jìn)行線性分析、 非線性分析和高度非線性分析） 、 流體動(dòng)力學(xué)分析、 電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相 互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。 9 第二章 高空作業(yè)施工平臺(tái)有限元模型建立 碩士研究生學(xué)位論文 3后處理模塊 可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片 顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以 圖表、曲線形式顯示或輸出。具體如下顯示： （1）計(jì)算報(bào)告自動(dòng)生成及定制工具，系統(tǒng)能夠自動(dòng)的生成一份符合要求格式的計(jì)算 報(bào)告。 （2）結(jié)果顯示菜單：圖形顯示、抓圖、結(jié)果列表。 （3）圖形：云圖、等值線、矢量顯示、粒子流跡顯示、切片、透明及半透明顯示、 紋理。 （4）梁、管、板、復(fù)合材料單元及結(jié)果按實(shí)際形狀顯示，顯示橫截面結(jié)果：顯示梁 單元彎矩圖。 （5）顯示優(yōu)化靈敏度及優(yōu)化變量曲線。 （6）可生成結(jié)果的動(dòng)畫(huà)顯示，并可以獨(dú)立保存及重放。 （7）3d 圖形注釋功能。 （8）直接生成 bmp、jpg、vrml、emf、png、ps、tiff、hpgl 等格式的圖 形。 （9）計(jì)算結(jié)果排序、檢索、列表及再組合。 （10）提供對(duì)計(jì)算結(jié)果的加、減、積分、微分等計(jì)算。 （11）顯示沿任意路徑的結(jié)果曲線，并可進(jìn)行沿路徑的數(shù)學(xué)計(jì)算。 ansys 軟件的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面： 1建模能力強(qiáng) ansys 可以靈活自由的建立實(shí)體模型、定義材料特性、各種載荷、以及邊界條件 等；可以根據(jù)問(wèn)題的特殊要求來(lái)劃分網(wǎng)格；具有子結(jié)構(gòu)、子模型等高級(jí)功能。 2求解能力強(qiáng) 具有多種方程求解器，可以求解各種大型矩陣，且精度較高。包括：波前求解器、 預(yù)條件共軛梯度求解器、雅克比共軛梯度求解器、不完全喬列斯基共軛梯度求解器等。 有直接解法、迭代求解法、模態(tài)特征值計(jì)算法、流體力學(xué)求解法等多種求解方法。 3具有強(qiáng)大的后處理功能 可獲得任何節(jié)點(diǎn)、單元的數(shù)據(jù)。具有列表輸出、圖形顯示、動(dòng)畫(huà)模擬等多種數(shù)據(jù)輸 出形式，具有時(shí)間歷程分析功能，可疊加不同載荷工況以及進(jìn)行各種數(shù)學(xué)計(jì)算等功能。 4開(kāi)放性好 允許用戶在 ansys 系統(tǒng)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展一些新的用戶功能，包括在用戶程 序中調(diào)用 ansys 系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)新的用戶單元、在 ansys 系統(tǒng)中調(diào)用用戶子程序。如用 戶可以自己編寫(xiě)一些命令流，放在指定的 apdl文件夾中，可以在界面中添加多種快捷 鍵，提高用戶操作的速度，為用戶提供便捷。 碩士研究生學(xué)位論文 第二章 高空作業(yè)施工平臺(tái)有限元模型建立 10 2.2.3 ansys 軟件基本功能 1結(jié)構(gòu)靜力分析 該功能用于求解穩(wěn)定外載荷引起的系統(tǒng)或部件的位移、應(yīng)變、應(yīng)力和力。靜力分析 很適合求解阻尼和慣性對(duì)結(jié)構(gòu)影響較小的問(wèn)題，例如確定結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中現(xiàn)象。 ansys 程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑 性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。 2結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析用來(lái)求解隨時(shí)間變化的載荷對(duì)結(jié)構(gòu)或部件的影響。 與靜力分析不同， 動(dòng)力分析要考慮隨時(shí)間變化的力以及它對(duì)阻尼和慣性的影響。ansys 可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動(dòng) 力學(xué)分析包括：模態(tài)分析、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、諧響應(yīng)分析及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析。 3結(jié)構(gòu)非線性分析 結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。ansys 程序可求解靜 態(tài)和瞬態(tài)非線性問(wèn)題，主要包括材料非線性、幾何非線性及單元非線性三種問(wèn)題。 除以上幾種分析功能外，ansys 強(qiáng)大的分析功能還有運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、熱分析、電磁 場(chǎng)分析、流體動(dòng)力學(xué)分析、聲場(chǎng)分析和壓電分析等基本分析功能。ansys 可以完成的 高級(jí)分析功能有：多物理場(chǎng)耦合分析（大多數(shù)的工程分析都要用到耦合場(chǎng)的功能） 、優(yōu)化 設(shè)計(jì)、拓?fù)鋬?yōu)化、單元的生死及用戶可擴(kuò)展功能（upf）16- 17。 2.3 有限元模型的建立 2.3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基本參數(shù) zlp800 大型高處作業(yè)施工平臺(tái)主要由懸掛機(jī)構(gòu)、單層平臺(tái)、提升機(jī)、安全鎖等組 成，其結(jié)構(gòu)如圖 2- 1 所示。 11 第二章 高空作業(yè)施工平臺(tái)有限元模型建立 碩士研究生學(xué)位論文 1.懸掛機(jī)構(gòu) 2.安全鋼絲繩 3.工作鋼絲繩 4.安全鎖 5.提升機(jī) 6.平臺(tái) 7.限位塊 圖 2- 1 整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 施工平臺(tái)在下列環(huán)境下應(yīng)能正常工作： （1）環(huán)境溫度- 20+40； （2）環(huán)境相對(duì)濕度不大于 90%（25） ； （3）電源電壓偏離額定值5%； （4）工作處陣風(fēng)風(fēng)速不大于 8.3m/s（相當(dāng)于 5 級(jí)風(fēng)力） 。 主要技術(shù)性能參數(shù)如下： 額定載重量：800kg； 升降速度：79m/min 平臺(tái)尺寸：3 （2500 760 1220） （mm） ； 整機(jī)質(zhì)量：1100kg； 平臺(tái)質(zhì)量：650kg； 懸掛機(jī)構(gòu)：450kg； 配重：1000kg； 提升機(jī)提升載荷： 800 kg 電動(dòng)機(jī)型號(hào)：yej100la- 4； 電動(dòng)機(jī)電壓：380v； 電動(dòng)機(jī)功率：2.2kw 2； 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：1420r.p.m 鋼絲繩：8.6mm破斷拉力不小于 70266n 2.3.2 建模方案分析 為了保證結(jié)構(gòu)有限元法分析結(jié)果的準(zhǔn)確而將模型建得較復(fù)雜，會(huì)對(duì)網(wǎng)格劃分及后面 碩士研究生學(xué)位論文 第二章 高空作業(yè)施工平臺(tái)有限元模型建立 12 的求解造成很大的影響。這就要求在建立有限元模型時(shí)應(yīng)考慮兩方面因素：一是計(jì)算模 型必須具有足夠的準(zhǔn)確性；二是計(jì)算模型必須具有良好的經(jīng)濟(jì)性。就施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)的有 限元分析來(lái)說(shuō)，如果為滿足計(jì)算精度的要求，完全如實(shí)反映施工平臺(tái)的結(jié)構(gòu)，則對(duì)計(jì)算 資源有很高的要求，也極大的延長(zhǎng)了計(jì)算時(shí)間。一般認(rèn)為過(guò)分地關(guān)注細(xì)節(jié)并不會(huì)給整體 分析帶來(lái)太大的好處，相反會(huì)導(dǎo)致計(jì)算成本的增加。在建立有限元模型時(shí)，應(yīng)在基本上 能夠反映結(jié)構(gòu)實(shí)際情況的基礎(chǔ)上作一些簡(jiǎn)化處理，剔除一些并不會(huì)給模型帶來(lái)較大影響 的細(xì)節(jié)部位，縮短前處理、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作和計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)間，從而減少計(jì)算費(fèi)用18 。 實(shí)際施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)有一定的復(fù)雜性，既包括懸掛機(jī)構(gòu)、懸吊平臺(tái)的鋼結(jié)構(gòu)框架，機(jī) 械部分的提升機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、安全鎖機(jī)構(gòu)，還包括電機(jī)、控制箱這樣的電器部分，實(shí)際工 作過(guò)程中平臺(tái)上載荷的作用位置、以及平臺(tái)高度都在不斷變化，自然條件（如風(fēng)載荷） 也將對(duì)施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響。在建立有限元模型時(shí)無(wú)法將所有這些因素都考慮 進(jìn)去，因此在保證計(jì)算的準(zhǔn)確性前提下分析一臺(tái)高空作業(yè)施工平臺(tái)時(shí)必須對(duì)其進(jìn)行一定 的簡(jiǎn)化，以減小計(jì)算規(guī)模，節(jié)省計(jì)算機(jī)資源，力求使模型能夠反映施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)的真實(shí) 力學(xué)特性。在建立模型過(guò)程中，對(duì)于焊接、鉚接及螺栓連接等均采用節(jié)點(diǎn)合并技術(shù)處理。 由于本文主要對(duì)施工平臺(tái)整機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，故可忽略一些微小結(jié)構(gòu)造成的局部應(yīng)力集 中對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)性能的影響，進(jìn)行以下簡(jiǎn)化19- 20： （1）忽略施工平臺(tái)懸掛機(jī)構(gòu)、懸吊平臺(tái)上所有螺栓、螺栓孔、銷(xiāo)孔及倒角等對(duì)分析 影響不大的微小結(jié)構(gòu)。 （2）忽略各連接處的筋板作用。忽略非承載構(gòu)件的影響。 （3）不考慮焊縫材料特性的變化，認(rèn)為焊接處的材料特性與相鄰結(jié)構(gòu)的材料特性相 同。事實(shí)證明，良好的焊縫質(zhì)量可以減少應(yīng)力集中。 （4）忽略了配重塊結(jié)構(gòu)，認(rèn)為懸掛機(jī)構(gòu)與屋面固定，建模時(shí)對(duì)其進(jìn)行位移約束。 （5）由于主要分析施工平臺(tái)整機(jī)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，提升機(jī)對(duì)本文的結(jié)構(gòu)分析影響 不大，故在建模時(shí)對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化，將其質(zhì)量轉(zhuǎn)化到提升機(jī)安裝架，以保證整機(jī)質(zhì)量不減 少。 2.3.3 單元選擇及單元特性 高空作業(yè)施工平臺(tái)屬于三維空間結(jié)構(gòu)， 建模時(shí)要求選擇三維的有限元單元進(jìn)行模擬， 建立整機(jī)的有限元模型。其中懸掛機(jī)構(gòu)主要為方鋼管和鋼絲繩?；@體四周籃片結(jié)構(gòu)采用 方鋼管焊接及螺栓連接而成，籃體底部結(jié)構(gòu)由角鋼及防滑鋼板焊接而成，其中方鋼管采 用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬。 在 ansys 中， 三維梁結(jié)構(gòu)的單元有 beam4、 beam188、 beam189。 這些單元各具特點(diǎn)，可以滿足不同的分析要求。其中 beam4 單元具有拉伸、壓縮、扭 轉(zhuǎn)和彎曲能力，用來(lái)模擬三維一般梁、剛架結(jié)構(gòu)。beam188/beam189 單元建立在 timoshenko 梁分析理論基礎(chǔ)上，除了保持了梁的近似描述三維實(shí)體結(jié)構(gòu)的一維構(gòu)件特點(diǎn) 外，還增強(qiáng)了梁的橫截面定義功能，使用者可以很方便的選擇自己需要的截面形狀，進(jìn) 行相應(yīng)尺寸設(shè)置，即可得到所需截面的梁。又對(duì)梁構(gòu)件另外兩維的可視化特性進(jìn)行一定 13 第二章 高空作業(yè)施工平臺(tái)有限元模型建立 碩士研究生學(xué)位論文 改進(jìn)?？紤]了剪切變形對(duì)分析結(jié)果的影響，在單元插值函數(shù)中，截面轉(zhuǎn)動(dòng)和撓度分別進(jìn) 行各自獨(dú)立插值，ansys 分析軟件中 beam188 單元為線性梁?jiǎn)卧?，beam189 單元為 二次 3 節(jié)點(diǎn)梁?jiǎn)卧?，該單元具有更?qiáng)的非線性分析功能。本文懸掛機(jī)構(gòu)的所有梁?jiǎn)卧?選擇 beam188 單元進(jìn)行模擬。鋼絲繩拉索一般選用桿單元來(lái)模擬，ansys 中提供了三 維桿單元 link8、link10 等單元來(lái)模擬 3d 桿結(jié)構(gòu)。其中 link8 是軸向的拉伸- 壓縮桿 件單元，具有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有三個(gè)平移自由度（沿 x，y 以及 z 方向） ，施工平 臺(tái)結(jié)構(gòu)中鋼絲繩主要用于懸掛機(jī)構(gòu)的張緊鋼絲繩，以及懸吊平臺(tái)起升時(shí)的起升鋼絲繩