Calculation of dynamic stresses of mobile cranes and truck loading cranes in quasi-static analysis

移动式起重机和汽车装卸起重机的动应力准静态分析计算

基本信息

项目摘要

In industrial practice, stress analysis for mobile cranes (DIN EN 13000, FEM 5.004) and loader cranes (EN 12999) is carried out by quasi-static calculations. Generally, loads due to acceleration of the crane drives are determined by rigid body kinetic models or they are based on experience. During the calculation of the load effects, dynamic factors are used to take elastic effects into consideration. Within the preceding research project, maximum dynamic stresses of lattice boom cranes during the operations hoisting, luffing and slewing were determined by dynamic finite element calculations. A comparison with the quasi-static design according to the standards partially showed large deviations between the two calculation types. On account of the system similarity, the results of the research project are also valid for loader cranes. To avoid the mistakes of the design loads according to standard, dynamic finite element calculations for crane design can be used in accordance with the parent crane standard EN 13001-1. However, this approach is hardly feasible in industrial applications, since this would multiply computation time. Therefore it is desirable to develop vibration models which represent the maximum dynamic stresses by quasi-static loads. The preceding research project showed that vibration models based on a single-mass oscillator provide good estimations of the dynamic factors for simple boom systems. Based on these results, a vibration model using mode superposition has been developed. It is suitable for the analysis of boom systems of any complexity. In a sample application crane slewing was described very well. This vibration model shall be examined systematically in the requested transfer project. Its industrial application is tested both by a manufacturer of mobile cranes and a manufacturer of loader cranes. All required algorithms are programmed by the chair fml and are then integrated in the companies computing environments. In order to verify the achievable accuracy, the chair fml compares the results of dynamic finite element calculations with those of the quasi-static calculations based on the vibration model. All common set-ups and jib lengths are investigated. The companies assess the vibration model in terms of its practical applicability and work out differences to previous calculation methods. To verify the results on an experimental basis the companies carry out measurements for selected operations. The successful completion of the research project would provide an industrial-grade, standard-compliant design method that combines the accuracy of dynamic FE-calculations with the effectiveness of quasi-static analysis.
在工业实践中,通过准静态计算进行了移动起重机(DIN EN 13000,FEM 5.004)和装载机起重机(EN 12999)的压力分析。通常,由于起重机驱动器的加速而导致的负载取决于刚体动力学模型,或者它们基于经验。在计算负载效应期间,动态因子用于考虑弹性效应。在前面的研究项目中,通过动态有限元计算确定了操作,升压和摆动过程中晶格动臂起重机的最大动态应力。根据标准,与准静态设计的比较部分显示了两种计算类型之间的较大偏差。由于系统的相似性,研究项目的结果对于装载机起重机也有效。为了避免根据标准的设计负载的错误,可以按照父型吊杆标准EN 13001-1使用起重机设计的动态有限元计算。但是,这种方法在工业应用中几乎是不可行的,因为这将增加计算时间。因此,希望开发振动模型,该模型代表准静态载荷的最大动态应力。先前的研究项目表明,基于单质量振荡器的振动模型可很好地估计简单动臂系统的动态因素。基于这些结果,已经开发了使用模式叠加的振动模型。它适用于分析任何复杂性的动臂系统。在样品应用中,起重机摆动的描述很好。该振动模型应在请求的转移项目中系统地检查。它的工业应用程序既由移动起重机制造商和装载机起重机制造商进行了测试。所有必需的算法均由椅子FML编程,然后将其集成到公司计算环境中。为了验证可实现的准确性,椅子FML将动态有限元计算的结果与基于振动模型的准静态计算的结果进行了比较。研究了所有常见的设置和吉布长度。两家公司根据其实际适用性评估振动模型,并确定与以前的计算方法的差异。为了在实验基础上验证结果,公司对选定的操作进行了测量。研究项目的成功完成将提供一种工业级,符合标准的设计方法,该方法将动态FE计算的准确性与准静态分析的有效性相结合。

项目成果

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Calculating the dynamic behaviour of lattice boom mobile cranes during hoisting
计算桁架臂移动式起重机吊装过程中的动态行为
  • DOI:
    10.5937/fme2002313s
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Stölzner;Kleeberger;Günthner;Fottner
  • 通讯作者:
    Fottner
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