作大范圍運動格構式橋檢車剛柔耦合系統(tǒng)動力學分析研究.pdf

1、本課題來源于國家“十一五”科技支撐計劃項目“無腳手架安裝作業(yè)裝備技術研究與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)”中的《大型橋梁檢測、維護作業(yè)設備技術與產(chǎn)業(yè)開發(fā)》(2008BAJ09B01-3)的子課題。橋檢車全稱橋梁檢測作業(yè)車,是對橋梁進行流動安全檢測的專用車輛。橋梁檢測車的架設過程和進入橋梁檢測狀態(tài)時的回轉制動過程是復雜的大范圍柔性運動過程。格構式橋梁檢測車的臂架本身為運動的柔性梁桿系統(tǒng),該系統(tǒng)可視為由固連于運動構件上的隨動坐標的剛體運動與彈性構件本身的彈性動

2、態(tài)變形組成的剛柔耦合系統(tǒng)。以往的計算分析中,多側重于橋梁檢測過程小位移狀態(tài)下的微幅運動,將格構式橋梁檢測車看成結構,以起制動產(chǎn)生的加速度或慣性力為激勵,對其進行微幅振動分析;對橋梁檢測車架設過程則通常采用剛體動力學分析,以獲得的機構加速度、慣性力施加于約束后的彈性結構上,用動態(tài)靜力分析代替真正的運動彈性動力分析。這顯然與橋梁檢測車實際工作狀態(tài)不符。本文運用多體系統(tǒng)動力學分析方法分別對格構式橋梁檢測車的架設過程進行多體剛體系統(tǒng)動力學分析,

3、對其柔性回轉制動過程進行計及二階效應的多柔體系統(tǒng)動力學分析以及考慮剛柔耦合效應的運動柔性系統(tǒng)動力學分析。本課題的目的在于得到一個針對具有彈性構件的格構式橋梁檢測車進行多體系統(tǒng)動力學分析行之有效的方法,使之既與格構式橋梁檢測車的實際工作模型相符合又便于實際分析應用。
　　論文在多柔體系統(tǒng)動力學分析方法的基礎上,以考慮大范圍運動梁桿二階效應的運動彈性動力分析方法,對格構式橋梁檢測車進行剛柔耦合動力學分析研究。
　　首先采用等效元

4、素集成法對格構式橋梁檢測車的架設過程進行多剛體系統(tǒng)動力學分析,考慮可能出現(xiàn)的多自由度情況,得到相應過程下的臂架系統(tǒng)位移、速度、加速度及油缸力隨時間變化的規(guī)律及機構運動參數(shù),為橋檢車機構設計提供理論依據(jù)。
　　而后利用三次樣條插值函數(shù)構建柔性單元變形場,推導在靜力條件下平面和空間的Euler-Bernoulli梁單元幾何非線性剛度矩陣,使其在形式上與傳統(tǒng)梁單元保持一致;通過對平面和空間結構進行計算分析,驗證采用本文方法所獲得的新單元

5、計算分析精度遠高于傳統(tǒng)非線性梁單元,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)平面動力學方程和空間動力學方程,并對格構式橋梁檢測車的豎向伸縮臂端部在制動過程中變形情況進行了計及二階效應的多柔體系統(tǒng)動力學分析,得到了通常采用多剛體系統(tǒng)動力學分析方法所不能得到的分析結果。
　　本文在格構式橋檢車多柔體系統(tǒng)動力學建模中,對由眾多梁桿單元構成的格構式構件首先采用等效柔性元素法進行子結構等效,此后在實際結構強度計算

6、分析中對每個桿件單元進行分析計算。在整臺橋檢車架設和工作過程中,各桿件受力因工況的不同而發(fā)生變化,每個桿件最大受力的時刻也在發(fā)生變化,為保證結構的安全可靠,對各工況的全過程的計算分析尤為重要。因此需對橋檢車的特定工況運用多柔體系統(tǒng)動力學理論,考慮剛體大運動和彈性小變形的耦合項,建立一種由運動格構式結構與柔性機構相互耦合的動力學系統(tǒng)分析方法,尤其在嚴格的理論分析基礎上給出適于工程實用的高效建模與計算求解方法。對于橋檢車回轉制動過程,由于其