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门式起重机结构参数化有限元分析

发布于:2016-03-08 18:11
有限元分析

      起重机是一种不受地面活动干扰的机械式搬运设备,装备于国民经济发展过程中的各个部门,是实现物流搬运机械化的关键。起重机金属结构是起重机的机械骨架,起着承受和传递起重机所负担载重及其自重的作用,是起重机的主要组成部分。长期以来,起重机金属结构多采用以古典力学和数学为基础的半理论、半经验的设计方法,设计过程反复多,周期长,精度差。随着计算机技术和现代设计理论(如可靠性理论、优化理论及有限元分析等)的不断发展,出现了许多跨学科的现代设计方法。这些方法与起重机结合,使起重机金属结构设计进入了新的高质量、高效率阶段。
      目前在起重机行业已广泛运用有限元分析App(如ANSYS等) 对各类起重机进行结构分析,但国内大多数起重机设计人员还不能熟练运用这些App,加上ANSYS有限元实体建模和修改的复杂性及模型调试的耗时性,导致起重机设计过程缓慢,设计出来的产品缺乏竞争力。虽然现有起重机金属结构有限元分析研究的文献不少,但主要集中在整体金属结构的静态和动态分析上,很少有对箱形梁内部或外侧加劲肋对箱形梁受力影响做详细分析评价的研为此,本研究结合跨度的形门式起重机金属结构,基于参数化地实现了起重机主梁的建模、分网、加载、加约束及有限元分析,探讨了其有限元模型的正确性及其分析结果的收敛性,对内部不同加劲肋组合方式的起重机箱形梁进行详细的结构静力学分析,定量给出主梁横向及纵加劲肋对主梁强度及刚度影响的大小,为今后起重机金属结构的有限元分析计算提供可靠的技术引导。
      起重机主体部分由钢板焊接而成,钢板属于板壳结构,不仅会产生平面变形,还会产生空间弯曲扭转的复杂变形,故在建模时对主体结构采用壳单元进行模拟单元具有弯曲和薄膜功能,允许面向和法向载荷。由于集中载荷直接施加到主梁的壳单元上会产生较大的应力集中,故在主梁上加设采用实体单元shell63的轨道简化模型,并将集中载荷施加在轨道上,避免造成主梁的应力集中。
      根据各结构间的尺寸关系,将所有结构尺寸用变量参数来表示,从而实现结构设计的参数化。考虑到起重机金属结构的复杂性,在建模时简化了法兰和螺栓,忽略了一些小圆角和凸台等,确保在不影响精度的前提下对模型的局部细节进行适当的简化。应用语言,自底向上参数化地完成起重机金属结构的有限元模型,如图所示。网格划分是有限元分析的重要步骤。网格的大小及数量直接影响有限元计算结果的精度和求解的速度。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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