作大范圍運(yùn)動(dòng)格構(gòu)式橋檢車(chē)剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析研究.pdf

1、本課題來(lái)源于國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“無(wú)腳手架安裝作業(yè)裝備技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)”中的《大型橋梁檢測(cè)、維護(hù)作業(yè)設(shè)備技術(shù)與產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)》(2008BAJ09B01-3)的子課題。橋檢車(chē)全稱(chēng)橋梁檢測(cè)作業(yè)車(chē),是對(duì)橋梁進(jìn)行流動(dòng)安全檢測(cè)的專(zhuān)用車(chē)輛。橋梁檢測(cè)車(chē)的架設(shè)過(guò)程和進(jìn)入橋梁檢測(cè)狀態(tài)時(shí)的回轉(zhuǎn)制動(dòng)過(guò)程是復(fù)雜的大范圍柔性運(yùn)動(dòng)過(guò)程。格構(gòu)式橋梁檢測(cè)車(chē)的臂架本身為運(yùn)動(dòng)的柔性梁桿系統(tǒng),該系統(tǒng)可視為由固連于運(yùn)動(dòng)構(gòu)件上的隨動(dòng)坐標(biāo)的剛體運(yùn)動(dòng)與彈性構(gòu)件本身的彈性動(dòng)

2、態(tài)變形組成的剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)。以往的計(jì)算分析中,多側(cè)重于橋梁檢測(cè)過(guò)程小位移狀態(tài)下的微幅運(yùn)動(dòng),將格構(gòu)式橋梁檢測(cè)車(chē)看成結(jié)構(gòu),以起制動(dòng)產(chǎn)生的加速度或慣性力為激勵(lì),對(duì)其進(jìn)行微幅振動(dòng)分析;對(duì)橋梁檢測(cè)車(chē)架設(shè)過(guò)程則通常采用剛體動(dòng)力學(xué)分析,以獲得的機(jī)構(gòu)加速度、慣性力施加于約束后的彈性結(jié)構(gòu)上,用動(dòng)態(tài)靜力分析代替真正的運(yùn)動(dòng)彈性動(dòng)力分析。這顯然與橋梁檢測(cè)車(chē)實(shí)際工作狀態(tài)不符。本文運(yùn)用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析方法分別對(duì)格構(gòu)式橋梁檢測(cè)車(chē)的架設(shè)過(guò)程進(jìn)行多體剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析,

3、對(duì)其柔性回轉(zhuǎn)制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行計(jì)及二階效應(yīng)的多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析以及考慮剛?cè)狁詈闲?yīng)的運(yùn)動(dòng)柔性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析。本課題的目的在于得到一個(gè)針對(duì)具有彈性構(gòu)件的格構(gòu)式橋梁檢測(cè)車(chē)進(jìn)行多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析行之有效的方法,使之既與格構(gòu)式橋梁檢測(cè)車(chē)的實(shí)際工作模型相符合又便于實(shí)際分析應(yīng)用。
　　論文在多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析方法的基礎(chǔ)上,以考慮大范圍運(yùn)動(dòng)梁桿二階效應(yīng)的運(yùn)動(dòng)彈性動(dòng)力分析方法,對(duì)格構(gòu)式橋梁檢測(cè)車(chē)進(jìn)行剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)分析研究。
　　首先采用等效元

4、素集成法對(duì)格構(gòu)式橋梁檢測(cè)車(chē)的架設(shè)過(guò)程進(jìn)行多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析,考慮可能出現(xiàn)的多自由度情況,得到相應(yīng)過(guò)程下的臂架系統(tǒng)位移、速度、加速度及油缸力隨時(shí)間變化的規(guī)律及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù),為橋檢車(chē)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　而后利用三次樣條插值函數(shù)構(gòu)建柔性單元變形場(chǎng),推導(dǎo)在靜力條件下平面和空間的Euler-Bernoulli梁?jiǎn)卧獛缀畏蔷€性剛度矩陣,使其在形式上與傳統(tǒng)梁?jiǎn)卧３忠恢?通過(guò)對(duì)平面和空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析,驗(yàn)證采用本文方法所獲得的新單元

5、計(jì)算分析精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)非線性梁?jiǎn)卧?具有很好的適用性。
　　由廣義虛位移原理分別建立了柔性多體系統(tǒng)平面動(dòng)力學(xué)方程和空間動(dòng)力學(xué)方程,并對(duì)格構(gòu)式橋梁檢測(cè)車(chē)的豎向伸縮臂端部在制動(dòng)過(guò)程中變形情況進(jìn)行了計(jì)及二階效應(yīng)的多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析,得到了通常采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析方法所不能得到的分析結(jié)果。
　　本文在格構(gòu)式橋檢車(chē)多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模中,對(duì)由眾多梁桿單元構(gòu)成的格構(gòu)式構(gòu)件首先采用等效柔性元素法進(jìn)行子結(jié)構(gòu)等效,此后在實(shí)際結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算

6、分析中對(duì)每個(gè)桿件單元進(jìn)行分析計(jì)算。在整臺(tái)橋檢車(chē)架設(shè)和工作過(guò)程中,各桿件受力因工況的不同而發(fā)生變化,每個(gè)桿件最大受力的時(shí)刻也在發(fā)生變化,為保證結(jié)構(gòu)的安全可靠,對(duì)各工況的全過(guò)程的計(jì)算分析尤為重要。因此需對(duì)橋檢車(chē)的特定工況運(yùn)用多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論,考慮剛體大運(yùn)動(dòng)和彈性小變形的耦合項(xiàng),建立一種由運(yùn)動(dòng)格構(gòu)式結(jié)構(gòu)與柔性機(jī)構(gòu)相互耦合的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)分析方法,尤其在嚴(yán)格的理論分析基礎(chǔ)上給出適于工程實(shí)用的高效建模與計(jì)算求解方法。對(duì)于橋檢車(chē)回轉(zhuǎn)制動(dòng)過(guò)程,由于其