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文档简介

1、基于ansys桥式起重机主梁的有限元分析1引言起重运输设备主要从事搬运、转载、储存作业(TUL)的机械,桥式起重机是属起重运输机械之一,主梁是各式桥式起重机中最主要的部件之一,它承受着垂直方向的载荷(小车自重或起吊重物、主梁本身的自重和机械、电气设备的质量)和水平方向的载荷(当起重机或小车起动和制动时产生的惯性力)。所以它应该有足够的垂直和水平方向的强度、刚度和稳定性,并有良好的抗疲劳性能和足够的疲劳强度。主梁的高度根据起重量和跨度决定。株洲天桥起重机股份有限公司首次开发和制造200t的桥式起重机,对其主要承载结构件需进行严格的强度计算和刚度校核,下面采用先进的有限元理论计算方法和通用性大型a

2、nsys有限软件对其主梁进行计算分析。2主梁的有限元模型的建立2.1 实体模型的建立考虑到此主梁结构异常复杂,零部件多,计算量很大,因此在建模过程中进行了一定的简化处理,略去和简化了一些对计算结果影响不大的零件,如:螺栓孔、倒角等。将各零件的有限元模型建立起来,再加上边界约束条件,建立实体的有限元模型。本文采用三维软件solidworks建模,采用parasolid文件实体导入ansys,做前处理、分析计算和后处理等一系列工作,主梁的三维实体模型如图1所示,图2为主梁三维实体部分剖面图。图1主梁三维实体模型图 图2主梁三维实体局部剖面图主梁的主要技术参数有,上下盖板为16mm,主腹板为12mm

3、,副腹板为10mm,中部梁高均为2200mm,端部梁高1050mm,主梁宽度为1800mm,总跨度为22m。2.2有限元模型的建立2.2.1 定义材料属性实体建模完成后,用ansys有限元软件导入模型。在计算时认为各焊接件本身无缺陷,焊接牢固,无虚焊、漏焊、松脱现象,焊接后残余应力较小,不足以影响分析结果。静态分析的总体平衡方程定义为线性方程,因此分析类型选择线性,网格类型采用的是实体网格solid45,并采用自由网格进行离散化。各部件的材料均为Q345B钢,故输入该材料的参数,其弹性模量EX=2.061011N/m2,泊松比NUXY=0.28,密度DENS=7850Kg/m3,屈服强度SIG

4、YLD=325MPa,根据起重机设计规范可知Q345的许用应力为230 MPa。2.2.2 工况、约束和载荷主梁为偏轨梁,由于仅分析主梁的强度及下挠刚度的问题,因此只考虑小车架的轮压和主梁本身的重力的载荷作用,调整重力加速度来使模型主梁的重量和实际重量等效,由于轨道和主梁上盖板是装配关系,其间存在间隙和摩擦移动,为了让问题分析更准确,将小车轮压载荷直接施加在主梁的小盖板对应位置上,主要分析其两种特殊工况:工况一,当小车在主梁的极限位置时,小车的轮压分别为396.5KN和 368.1KN;自重考虑动载系数、栏杆、轨道、司机室、电气室及省略的一些小特征的质量等,并考虑大车运行动载系数,取,因此得出

5、重力加速度为12N/m2。约束施加的制约两端为支撑,其作用端可以自由转动和沿主梁方向移动,但不能上下和端梁轴线移动,另由于主梁为偏轨梁,端梁对其有支撑作用,因此在部分端梁处施加端梁轴线的约束,使其不能沿端梁轴线移动。工况二,当小车在主梁跨中的位置,小车的轮压和主梁约束和工况一相同。2.2.3 网格控制采用网格尺寸为0.08m,并对应力最大的位置进行网格细化,离散后,单元总数为;有限元模型主梁的网格如图3所示。图3主梁的网格图 3 有限元结果分析3.1 工况一结果分析主梁计算完后,可以输出各点的应力、位移值等图解结果。计算结果中均采用国标单位制(SI),即应力单位为Pa(即N/m2),位移单位为

6、m。其中输出应力为Von Mises应力,该应力是按第四强度理论计算的第四相当应力,图4是主梁整体合应力云谱图。 图4主梁整体合应力云谱图 工况一结论分析,主梁端部剪应力58.8MPa左右,而经过理论计算端部最大剪应力为36MPa,由于端部施加约束和载荷的原因,造成端部受力稍偏大,但在允许的范围之内,因此此研究分析是可靠的。通过整体分析,主梁最大的应力在211MPa左右,而主梁使用的材料Q345的屈服强度的345MPa,材料的基本许用应力233MPa(根据起重机设计规范(GB/T3811-2008),强度安全系数取n=1.48),因此可以满足我们的使用强度要求,最大应力集中在极限轮压下方的腹板

7、处;由于小车位移极限位置处,因此刚度要求相对较低,合位移仅有5.2mm。2.3.2工况二分析结果计算结果中均采用国标单位制(SI),即应力单位为Pa(即N/m2),位移单位为mm。其中输出应力为Von Mises应力,该应力是按第四强度理论计算的第四相当应力,图8是主梁整体应力云谱图,图9为主梁跨中下盖板处应力云普图,图10为主梁合位移云普图,图11为主梁垂直下挠度云谱图和图12是主梁水平偏侧翻挠度云谱图图8主梁整体应力云谱图结论分析,工况二最大应力为219MPa,位移端部隔板处,由于此处为加载部分,根据有限元分析理论,此处实际所受应力应该小于计算应力。主梁的合位移为13mm,主梁的跨度为22m,因

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