• 书名：铸造起重机人机环境系统动力学建模方法与应用

• ISBN：978-7-5240-0264-2

• 出版社：冶金工业出版社有限公司

• 定价：79

• 作者：辛运胜

• 出版时间：2025-07-22

内容简介

铸造起重机是一种通过工作机构组合运动实现钢包安放并空载复位的高能量积聚、高危险性作业的冶金机械设备。铸造起重机工作环境恶劣，高温、高湿、高尘、轨道缺陷等对其金属结构材料力学性能影响较大，加快了铸造起重机金属结构的破坏、降低了起重机的使用寿命、影响了司机身体健康，甚至会给车间的工作人员带来生命危险。然而，现有研究未考虑到上述环境因素影响下起重机的动态特性和安全性，也未涉及轨道缺陷下人体振动舒适性分析。为此，本书从司机-起重机-环境（轨道缺陷、温度场）系统角度开展研究。

编辑推荐

本书针对轨道缺陷对铸造起重机运行过程中结构、人体冲击影响和温度场对起重机结构的影响等问题，进行铸造起重机振动系统建模与动态响应分析。全书共分7章，主要内容包括铸造起重机系统动力学与人机工效研究、机械系统动力学建模与分析理论、轨道缺陷模型及运行冲击系数理论研究、司机-起重机-轨道系统动态建模与优化、基于精细积分法的人体各部位动力学响应与分析、考虑温度场的起重机刚柔耦合系统动态响应。

本书可供特种设备设计、人机工程等领域科研人员和工程技术人员阅读，也可为起重机械制造企业提供技术升级指南。同时也可供高等院校机械工程、工业工程、控制科学与工程专业及其他相关专业的师生参考。

目录

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 起重机系统动力学研究现状

1.2.1 起重机动态分析

1.2.2 移动力与移动质量作用下动力学分析

1.3 人体振动分析研究现状

1.3.1 振动引起的人体疲劳损伤研究

1.3.2 人体生物力学模型

1.3.3 舒适性评价方法

1.4 环境因素对起重机的影响

1.4.1 轨道缺陷

1.4.2 温度场

1.5 课题来源与以往研究的不足

1.5.1 课题来源

1.5.2 以往研究的不足

1.6 本文主要研究内容

第二章 机械系统动力学建模与分析理论

2.1 引言

2.2 动力学问题有限元法

2.2.1 单元动力学有限元

2.2.2 质量矩阵

2.2.3 阻尼矩阵

2.3 集中参数法建模

2.4 狄拉克函数与拉格朗日方程

2.4.1 狄拉克函数

2.4.2 拉格朗日方程

2.5 非线性多自由度系统运动方程求解与分析

2.5.1 振型叠加法

2.5.2 基于Lagrange体系的直接积分法

2.5.2.1 直接积分法的格式及求解稳定性

2.5.2.2 Newmark法

2.5.3 基于Hamilton体系的精细积分法

2.5.3.1 精细积分法的基本原理

2.5.3.2 精细积分法的稳定性分析

2.6 频域分析方法

2.6.1 傅里叶变换

2.6.2 功率谱估计（Welch算法）

2.7 本章小结

第三章 轨道缺陷模型及运行冲击系数理论研究

3.1 引言

3.2 无焊接轨道缺陷模型建立与分析

3.2.1 轨道缺陷分析的必要性

3.2.2 车轮通过轨道缺陷过程模拟

3.3 轨道高低缺陷下冲击系数研究

3.3.1 理论方程推导

3.3.2 运行速度和高低缺陷大小对冲击系数的影响

3.3.3 高低缺陷下冲击过程分析

3.4 轨道间隙缺陷下冲击系数研究

3.4.1 理论方程推导

3.4.2 运行速度和缺陷间隙大小对冲击系数的影响

3.5 高低缺陷与间隙缺陷耦合作用分析

3.6 铸造起重机车轮与轨道缺陷冲击过程分析

3.7 运行冲击系数理论结果的实验验证

3.7.1 实验目的

3.7.2 测试设备及方法

3.7.3 测试结果

3.7.4 有限元计算结果

3.7.5 结果分析

3.8 本章小结

第四章 司机-起重机-轨道系统动态建模与优化

4.1 引言

4.2 司机-起重机-轨道系统振动模型

4.2.1 系统模型合理性分析

4.2.2 振动模型假设

4.2.3 系统运动方程

4.3 人体舒适性定量评价方法

4.3.1 烦恼率模型

4.3.2 加权加速度均方根

4.3.3 振动强度模糊隶属度函数

4.3.4 烦恼率模型与ISO 2631-1:2011评价一致性分析

4.4 工程计算与铸造起重机实测结果对比

4.4.1 不同因素对大车和人体振动的影响

4.4.1.1 起重机大车的运行速度

4.4.1.2 两种轨道缺陷大小

4.4.2 模型计算结果的有效性分析

4.5 动态优化设计数学模型

4.6 基于烦恼率的起重机系统动态优化

4.6.1 动态优化模型

4.6.2 优化设计方法

4.6.3 优化设计流程

4.7 铸造起重机动态优化工程应用

4.7.1 数值计算结果

4.7.2 计算结果讨论

4.8 本章小结

第五章 基于精细积分法的人体各部位动力学响应与分析

5.1 引言

5.2 起重机司机非线性生物力学模型

5.2.1 七自由度人体模型描述

5.2.2 人体振动模型假设

5.2.3非线性人体模型的运动方程

5.3 人体非线性振动分析与评价方法

5.3.1 人体线性振动频域分析法

5.3.2 人体非线性振动时域分析法

5.3.3 人体振动损伤评价标准

5.4 司机-起重机-轨道系统数学模型

5.4.1 二维起重机-轨道模型

5.4.2 人体各部位与三维起重机-轨道耦合模型

5.5 精细积分法在人体振动分析中的计算流程

5.6 工程应用

5.6.1 起重机运行和轨道缺陷对人体各部位振动的影响

5.6.1.1 大车不同运行速度下人体各部位振动响应

5.6.1.2 不同轨道缺陷大小下人体各部位振动响应

5.6.2 人体各部位位移响应与舒适性分析

5.6.2.1 人体各部位位移响应

5.6.2.2 人体各部位舒适性分析

5.6.2.3 人体各部位损伤分析

5.6.2.4 轨道缺陷下人体头部和盆骨功率谱分析

5.6.3 座椅特性对人体各部位振动影响

5.6.4 人体非线性因素的影响

5.6.5 模型有效性分析

5.7 本章小结

第六章 考虑温度场的起重机刚柔耦合系统动态响应

6.1 引言

6.2 移动质量作用下的主梁动态响应物理模型

6.2.1 承受移动质量的简支梁振动模型

6.2.2 考虑吊重摆动的小车运行物理模型

6.3 考虑温度及司机室影响因素的起重机动力学模型

6.3.1 仅考虑司机室影响的动力学模型

6.3.1.1 系统振动描述

6.3.1.2 小车运行下起重机系统振动方程

6.3.1.3 非线性振动方程的求解流程

6.3.2 考虑温度及司机室影响因素的动力学模型

6.4 系统模型的有效性验证

6.4.1 移动质量作用下的主梁响应

6.4.2 吊重摆动验证

6.5 工程应用

6.5.1 起重机主梁和吊重摆角的动态响应

6.5.1.1 小车运行速度对起重机动态响应的影响

6.5.1.2 吊重质量和钢丝绳长度对起重机动态响应的影响

6.5.1.3 司机室相关参数对主梁动态响应的影响

6.5.1.4 主梁结构阻尼影响

6.5.2 司机室动态响应分析

6.5.3 非线性因素对系统振动的影响

6.6 温度-起重机刚柔耦合系统动力学响应

6.6.1 实验目的

6.6.2 实验过程

6.6.2.1 测试系统组成

6.2.2.2 试件设计

6.6.2.3 实验方法

6.6.2.4 实验结果分析

6.6.3 考虑温度场的主梁和司机室动态响应

6.7 各因素对主梁和司机室振动影响的对比分析

6.8 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 主要研究工作及结论

7.2 主要创新点

7.3 进一步研究展望

第八章 人机仿真和肌电实验

7.1 JACK仿真分析

7.2 肌电实验

参考文献

附录 A 起重机振动系统参数含义及取值

附录 B 起重机动态优化系统方程中矩阵形式

附录 C 人体各部位振动方程中矩阵形式

附录 D 移动质量作用下振动方程中矩阵的形式