一、拟选定学位论文的题目名称
沥青搅拌楼的楼架结构分析
二、选题的科学意义和应用前景
选题的科学意义：
大型机器的支撑基础，承受着由机器的不平衡扰力引起的振动和机器的自重等，如其振动过大，将会影响机器的加工要求或无法正常运转，甚至损坏机器和影响邻近的设备、仪器和人员的工作和生活，严重的还会危及建筑物的安全。因此动力机器的基础结构分析具有重要的意义。
我国对于动力机器基础正式研究起于上世纪七十年代，在八十年代主要编制成了国家标准《动力机器基础设计规范》和《设计手册》，这对于动力机器基础设计和分析提供了重要依据和参考。近年来对于动力机器基础结构的研究，往往集中于对压缩机、压力机、运输机、配料机等机器基础的设计和结构分析。对于工业上应用的更复杂的设备，像由振动筛、搅拌器等多个动力机器组成的大型沥青搅拌楼，对于这种往往由多个动力机器组合的大型设备的楼架问题研究的几乎没有。另一方面研究人员仅仅采用单一理论计算方法计算扰力值，振动幅值等，计算方法和参数的选择并不统一，或考虑不够全面造成结果各不相同或不接近实际。
针对以上问题，本文拟考虑多台设备共同作用时的振动合成，如考虑搅拌机的振动扰力和振动筛的扰力，并考虑如风载、静载、动载多种载荷情况下楼架的承载和振动情况。同时在理论计算的基础上，采用有限元分析软件对楼架进行模态分析，获得结构的频率和振型，然后进行分析，根据分析结果优化楼架设计，并再次进行有限元计算，验证改进方案的可行性。
选题的应用前景：
沥青混凝土搅拌设备是沥青路面机械化施工的关键设备，近20年来，我国公路交通事业发展迅猛，公路机械化施工因此获得巨大进步，特别是对参与高速公路沥青路面工程建设的企业来说，拥有大型沥青混凝土搅拌设备已是市场准入条件之一。而其楼架部分是搅拌楼的重要承载机构，其设计首先必须保证机器的特定工作要求，满足振动和抗振的要求。
楼架作为沥青搅拌楼的支撑基础，它在各种工况下承受着巨大的载荷。若局部的应力过高会导致结构被破坏，因此需要对楼架结构刚强度和抗振性及稳定性进行分析，避免楼架的破坏同时合理选择楼架钢材的截面尺寸等，这样可以保证沥青搅拌楼的楼架在满足安全性的前提下节约材料，因此对企业生产经济性具有重大意义。
企业中沥青搅拌楼的楼架设计往往利用技术人员的经验设计，即直接采用特定的结构和尺寸进行生产制造。本文的选题来源于企业，是对现有某型号沥青搅拌楼的楼架安全性和经济性进行验算分析或在进一步优化设计，这样可以有效地降低设计成本，更具经济性。
选题中由于沥青搅拌楼的楼架高度较高，所以要考虑多种载荷情况下楼架的承载和振动情况。同时采用有限元软件进行分析，更好的展现在工作情况下楼架的实际情况，显现出楼架中的危险部分，可以针对问题对楼架机构进行进一步的改进和完善，优化楼架，为沥青搅拌楼楼架的设计提供有力的依据。这些对于大型复杂设备的支撑基础设计都具有一定的参考意义。
三、背景科研项目情况简介
此课题来源于工程实际，是以无锡锡通科技集团某沥青搅拌楼设计为背景展开的。其楼架结构分析是搅拌楼设计工作的重要组成部分。此课题的完成将为企业进行各种型号沥青搅拌楼的楼架设计提供重要依据。
四、学位论文主要研究内容
动力机器基础设计应根据基础本身质量、刚度的分布、设备的质量和刚度、地基的影响、扰力大小和相位等因素，确定安全可靠、适用、经济合理和技术先进的方案。
本论文是对企业中已有的楼架安全性与经济性进行分析验算和优化，楼架的结构和选材已定、不进行研究，本论文对于沥青搅拌楼的楼架设计提出必须满足的三个基本要求：
(1)具有良好的抗振性;
(2)具有足够的刚强度;
(3)稳定性要求。
只有满足了这三个方面的要求才能保证沥青搅拌楼的正常运行和安全生产。所以在进行沥青搅拌楼的楼架设计时需要进行动力特性分析以及强度和稳定性的计算。最后就楼架可行性与经济性进行验算和优化。
1.关于楼架抗振性研究：设计动力机器机架的基本目标是限制其振动幅值和自振频率，以满足机器本身和附近设备、仪器的运转和不影响邻近工作人员和居民的工作和生活。因此本设计中动力计算时首先要确定机器的扰力作用方向和扰力值及其作用点的位置，然后按沥青搅拌设备的扰力性质，采用相应的动力计算公式，计算楼架的振动幅值、振动频率等，使之不超过允许极限值。
2.关于楼架刚强度的研究：要使楼架具有良好的动态性能必须保证它具有足够的静、动态刚度。静态刚度是以满载静力作用下的静位移来表征，动态刚度是指其动态特性，是以其系统的满载自振频率来表征。对刚度的研究本文从这两个方面入手分别计算。强度设计的准则是在机器运转中可能发生的最大载荷的情况下楼架上任何点的应力都不得大于允许应力。强度计算时本文主要进行内力分析、载荷组合、和承载能力的验算。其中内力分析包括动内力、风载以及各种静载荷内力的计算。通过这些分析和计算确保沥青搅拌楼楼架的所有构件在各种可能的载荷工况下都不受到损坏，从而使机组能够安全地运行。此外还需研究楼架在弯扭组合交变应力作用下的疲劳强度问题。
3.关于楼架杆件稳定性的研究：对于细长的或薄壁的受压机构及弯-压结构存在失稳问题，失稳对结构会产生很大的破坏，设计时需要校核。本文研究的沥青搅拌楼的楼架由于立柱高度大承受的竖直方向的载荷较大，为避免立柱失稳，需要校核计算。研究时由于楼架受力情况复杂，需要对立柱所受外力简化、近似处理等从而计算出立柱所能承受的临界压力。
4.关于楼架安全性与经济性进行验算和优化：将理论计算结果与有限元软件运算的结果进行比较，通过对结果的分析来得出结论或进一步的优化，这也是本文的最终目的。
五、预期解决的主要问题
问题1：如何进行沥青搅拌楼楼架振动位移的计算问题：
以前对机器基础的设计的方法有两自由度法和空间多自由度法，在计算机普及以前只能采用两自由度法。这种方法从基础中逐一抽出单榀横向框架，把它们简化成两自由度的质量、弹簧体系，然后进行动力分析。这种分析忽略了纵向框架的作用，只能求解单品框架的频率、振型和动力响应，其精度和空间框架的实测结果相差较大;对于不能分解成平面框架的复杂结构该方法更无能为力。空间多自由度体系往往更接近实际的几何、物理模型，其精度更高，但空间多自由度法计算复杂，需要求解问题较多。
本论文拟采用空间多自由度法计算，但利用空间多自由度进行分析时难点主要是：建立计算模型与动力平衡方程并进一步进行动位移的计算。楼架动力计算时将振动位移分成水平振动位移和竖向振动位移的计算：
(1)进行水平振动位移计算时，首先建立模型，方法是采用凝聚质量和忽略转动惯量假定，将所有杆件的质量向两端的质点集中。体系的附加质量也向质点积聚不考虑横梁和楼板的变形进行计算。然后运用达朗贝尔原理建立动力平衡方程，利用公式求出所有的水平自振圆频率和振型，进一步计算各振型的折算质量和载荷，最后求出动位移;
(2)进行竖向振动位移计算时，考虑横梁的变形，把单跨梁的铰支座改成弹簧支座，建立模型，建立刚度方程，求出自振频率，最后计算结构动位移。
问题2：如何在多种载荷及其组合载荷下进行强度计算的问题：
本问题的难度在于涉及的载荷非常多，如工作情况下的动载、设备自重、风载、地震载荷等，应该选取何种情况下的载荷或组合载荷进行强度计算。此外还要研究楼架在弯扭组合交变应力作用下的疲劳强度问题。
本文首先将载荷分类：
a.永久载荷组合由设备自重、楼架自重组成
b.可变载荷由动载荷组成
c.偶然组合由风载荷组成。在楼架承载力计算时进行载荷的组合，并取较大值作为控制值：
1)基本组合可由永久载荷与可变载荷组合，可变载荷中的各项动力载荷只考虑单向作用;
2)偶然组合可由永久载荷，可变载荷及偶然载荷组合。再进行计算时，计算简图按下列规定确定：
1)柱和顶板横梁按横向平面刚架计算，当量载荷考虑竖向和横向的作用;
2)柱和顶板纵梁按纵向平面刚架计算，当量载荷考虑竖向和纵向的作用。计算纵横梁在水平载荷的作用下产生的弯矩，可近似的假定梁的两端为固定支座来计算。
问题3：对楼架进行有限元分析时如何建模及如何进行模态分析的问题：
利用有限元可以进行静态分析、刚框架结构的地震响应分析和模态分析。
在进行有限元分析时首先需要进行有限元软件的建模，本文在建立沥青搅拌楼楼架的有限元模型时，不能沥青搅拌楼楼架及设备的全部导入ANSYS中进行建模，因为那样可能会导致运算量过大而使软件无法运行，可根据需要，建立楼架的有限元模型，然后选择所采用的有限元单元类型，划分网格，最后对其进行计算分析。采用这样的方法，建立楼架的有限元模型，可以减少运算量，但必须能够分析出楼架所达到的最大变形量。
对于模态分析，用于确定设计结构或机器部件的振动特性，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。模态分析的好处：
(1)使结构设计避免共振或以特定频率进行振动;
(2)使工程师可以认识到结构对于不同类型的动力载荷是如何响应的;
(3)有助于在其它动力分析中估算求解控制参数进行模态分析需要清楚模态分析的基本理论。
本文进行楼架的模态分析的主要分析思路：首先，进行理论分析计算系统的固有频率，然后在ANSYS中用实体建模的方法建立楼架模型，通过网格划分和加载求解来得到系统的固有频率。最后，将理论计算结果与软件运算的结果进行比较，通过对结果的分析来得出结论。
六、开题条件
学术条件：本人在经过本科阶段和研究生阶段的学习，掌握了材料力学、结构力学、高等动力学、机械振动、建筑振动理论及有限元分析理论等多方面的知识，这是论文开展的理论基础。然后又参考了相关领域的研究成果和实践状况，为论文的完成有很大的实际意义。同时还有我的导师和同学都将为我的论文提供指导和帮助，这些都是我完成课题的重要保证。
设备条件：分析用计算机与软件均具备。
七、文献综述
20世纪80年代以来，随着有限元法和结构优化设计技术的发展，利用有限元方法分析机架或楼架应力、变形分布等情况，来解决其存在的问题，实现优化设计的目的.，已在我国有了应用[1]。本课题利用理论计算与有限元相合的方法对沥青搅拌楼的楼架进行结构分析和优化，解决在实际使用过程中楼架因为强度问题的断裂和振动破坏，在满足抗振性、刚强度的要求下减轻楼架的质量，降低成本。
动力机器支撑基础设计一般要求应保证抗振性、刚强度及稳定性。
本文正是从这三个方面进行分析进行楼架结构的分析。设计前需要弄清设备的结构和工作原理，文献[2][3]介绍两种沥青搅拌站的基本结构和工作原理。为个人提供了一定的专业知识。由于刚度分析主要考虑变形问题，在进行动力分析时显然要最终求出楼架的最大的振幅，振动频率。
对于楼架抗振性的研究：抗振性即动力分析，是本文的难点。在进行动力分析时需要知道沥青搅拌楼的扰力产生来源，及扰力的作用方向和作用点的位置，然后本文在进行楼架的动位移计算时采用了空间多自由度法计算。空间多自由度体系往往更接近实际的几何、物理模型，其精度更高，应用也越来越广泛。
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