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起重机箱形伸缩式吊臂的有限元分析

发布于:2016-04-10 17:22
有限元分析

      箱形伸缩式吊臂结构由于结构紧凑、空间刚度大、抗扭性能好, 广泛应用于汽车起重机中。伸缩式吊臂多数制成矩形截面的箱型结构,箱体结构内装有伸缩液压缸,在吊臂的每个外节段内装有支承内节的滑块支座,各节臂之间可以相对滑动,吊臂根部与转台铰接,靠近吊臂根部装有变幅液压缸,可实现吊臂在变幅平面内自由转动。吊臂是一个主要承受轴向压力、弯矩,以及转矩的构件。吊臂的常规设计计算通常的方法是将吊臂结构视为梁模型进行强度分析及刚度分析。使用有限元分析法计算易于电算化,并且商业有限元App功能强大,技术上非常成熟,所以在吊臂力学分析中运用越来越多。
      纪爱敏等使用ANSYS的板壳模型对某型汽车起重机的吊臂进行有限元分析,获得了比较准确的结果,并与试验结果相符,吴晓、王立彬、靳慧均使用super SAP的板单元分别对某型铁路救援起重机、100 t铁路起重机的吊臂进行分析,得出吊臂受力最不利的工况位置,并与试验结果进行对比,提出改进建议。蒋红旗等使用ANSYS的实体单元对某型起重机吊臂、高空作业车作业臂进行有限元分析,提出了吊臂设计改进意见。
      但在上述建模过程中,过多的模型细节将使板壳、实体平面琐碎,必须通过GLUE命令使其边界条件连续,而且容易导致局部网格过密,增加建模过程复杂程度,加大计算成本,降低工作效率。起重机在一般情况下只要求计算结构的静态刚度和应力强度校核,为了提高有限元分析效率,在ANSYS中利用自定义截面单元直接建立梁模型行有限元计算,并与理论解析解进行比较,计算结果较为精确,具有实际参考意义。
      正常工况下进行计算吊臂所受载荷包括自重、起升载荷以及由于起重机的起升运行、变幅回转机构启动或制动引起的载荷及风载。吊臂载荷如图所示,根据吊臂的受力特点及工作情况,将吊臂上的载荷分解为在变幅平面和旋转平面内的载荷。由于模拟吊臂自重时,采用ANSYS自动计算。
      故计算垂直载荷时去掉式中第二项,即:单元采用BEAM44为3-D线弹性渐变非对称截面梁单元,具有拉伸、压缩、扭转和弯曲的能力。其每个节点有6个自由度,3个方向的转动和3个方向的平动。单元允许具有不对称的端面结构,并且允许端面节点偏离截面形心位置,同时可以释放梁节点的相关自由度。BEAM44可以使用SECTYPE、SECDATA、SECOFFSET、SECWRITE和SECREAD命令来建立任何形状的横截面,这为变截面吊臂直接在ANSYS中建模提供了方便。


                                                                                  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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