横梁吊具吊耳传统计算方法同有限元计算方法的比较

1、横梁吊具吊耳传统计算方法同有限元计算方法的比较横梁吊具吊耳传统计算方法同有限元计算方法的比较航天发射技术 No.2横梁吊具吊耳传统计算方法同有限元计算方法的比较刘民马博（ 航天科技集团公司一院 15 所?北京 ?100076）摘要对横梁吊具吊耳使用 ANSYS7.0有限元计算软件计算的结果和 使用吊具设计规范中公式计算的应力结果进行了比较分析 , 发现了传统 吊具设计经典力学的经验公式的不足之处 , 提出了相应的改进措施 . 关键词横梁吊具 ,有限元计算 ,经验公式,分析比较.1 前言横梁吊具吊耳用于吊具和吊车吊钩的连接 ,通常为开 Vi 的梨形环形状 ,是一种 传统结构形式. 以往的复杂形状

2、零部件设计计算受设计手段 ,计算方法的局限一般采用简 化的算法 ,通过实际试验及使用验证 , 从而形成了一套传统的经验公式计算方法 （ 见 Y1D2187 吊具设计规范 ）. 而随着计算机技术的发展及有限元计算软件的广泛应用 , 吊具设 计经典力学的经验公式需要通过有限元计算方法进行修正 ,保留其方便 ,快捷的特点 ,使之增加准确性 .在对某型号横梁吊具吊耳进行强度 , 刚度复核复算时应用了 ANSYS7.0有限元计算软件,并将其结果同传统经验公式计算的结果进行了比较 ,发现差别很大 .以下进 行分析比较.2横梁吊具吊耳传统计算方法同有限元计算方法的比较2.1 传统计算方法已知 :=1.3P=

3、339000N材料:30CrMnSiA(6s=835MPa)吊耳尺寸见图 1.( 一动荷系数 )简化:将横梁吊具吊耳简化成一段弯梁 ,如图 2所示,为中间绞支 ,两端加载,所以危险 界面为AA截面 .AA 截面弯矩 MA:MA:-fPl: ×339000×动荷系数收藕日期加 03 一?一 0616 航天 l:(370+250)/2=310nmal 简化后弯梁的长度 R:(240+160)/2=200ram R简化弯梁的半径C=80/2=40lllffnC截面高度的一半2.2 有限元计算方法 应用有限元设计软件 ANSYS7.0对吊耳进行有限 元分析, 横梁吊具吊耳有限元模型

4、图见图 3.工况设定 :不考虑销轴双螺母横向的约束影响 , 只考虑吊钩约束和垂向载荷 , 计 算结果最大应力 850MPa,应力图见图 4, 最大变形 10mm应; 变图见图 5. 安全系数 n=835/850=0.98.考虑销轴双螺母横向的约束影响 ,同时考虑吊钩约束和垂向载荷 , 计算结果最大 应力671船 a,应力图见图 6.安全系数 n=835/671=1.244.第 2 期横梁吊具吊耳传统计算方法同查篁鲨塑些墼 .:图 3 横梁吊具吊耳有限元模型图图 5 横梁吊具吊耳应变图（ 不考虑销轴双螺母横向的约束 ）2.3 应力结果比较列表图 4 横梁吊具吊耳应力图 （ 不考虑 销轴双螺母横向

5、的约束 ）图 6 横梁吊具吊耳应力图（ 考虑销轴双螺母横向的约束 ）表 1 应力结果比较列表 不考虑销轴双螺母横考虑销轴双螺母横向项目传统算法 向的约束有限元算法的约束有限元算法最大应力 （?,a）85O671315安全系数 3. 原因分析通过以上两种设计方法过程的介绍和结果比较 , 可得出计算结果之间差别很大 . 我们18 航天发射技术 2OO3矩就两种算法进行了细致的讨论研究 ,发现几个问题 :a. 传统的经验公式计算方法的简化模型不足以反映危险截面的真实所在 .b. 传统的经验公式计算方法是将横梁吊具吊耳简化成了一根弯梁 （长 310ram;半 径2Omm）而, 将吊耳下部拐弯部分简化掉

6、了 , 所以只是校核了弯梁的强度 .得出弯 梁中间截面为应力最大处 . 而这种简化模型算法边界条件即载荷应等同作用在简化的弯 梁两端,吊耳下部 （被简化掉部分 ）相当于只受拉力 .而实际载荷位置不在简化的弯梁两端 , 这样吊耳下部（被简化掉部分 ）不只受拉力还受弯距 , 其应力状况没被校核 . 而实际正是吊 耳下部 （ 被简化掉部分 ）的根部为应力最大处 .所以正确的吊耳简化计算可按图 7 进行简化 . 简化成五段.其中 M=PL1/2.应分别校核这五段简化梁 ,比较应力大小以确定危险界面 .c. 传统的计算方法中不能对载荷工况进行区别.吊耳同横梁连接的销轴传统上有两种结构设计, 一种是开口销

7、限位形式 ,一种是双螺母被 紧形式. 在受力工况上开口销几乎不增加对吊 耳约束力 , 而双螺母被紧形式明显增加对吊耳 横向约束力 , 同时使销轴受较大拉力 .应用有 限元计算分析时 , 分为考虑及不考虑销轴双螺 母横向的约束影响两种工况 , 计算结果表明两 种工况应力变化明显 , 达到 30%.而传统的计 算方法忽略了这种载荷工况不同的影响 .4 改进措施及建议 随着科技的发展和设计手段的提高 , 我们 的设计方法也应有所改善 .图 7 吊耳简化图a. 传统的设计经验方法要修订并使用新的设计方法进行校核 , 搞清楚传统的设 计经验方法应用条件 . 不能盲目套用 .b. 加强新的设计手段设计方法的应用 . 利用有限元分析的手段对关键受力件进 行优化设计, 建立分析模型库 .c. 根据条件情况进行试验验证 , 得出试验数据 , 进行比较 .d. 为安全起见建议对现有结构进行结构改进 ,