基于ansys的塔式起重机起重臂动力学分析

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1、基于ANSYS的塔式起重机起重臂动力学分析李娟娟，费烨，谢正义（沈阳建筑大学交通与机械工程学院，辽宁沈阳110168）摘要：基于ANSYS对某塔式起重机起重臂进行有限元建模，通过瞬态动力学的求解，对塔机在工况水平变幅及载荷起升瞬间对起重臂结构的动态冲击作了探讨和分析，模拟塔机在变幅及起升过程中的情况，获得了载荷冲击对起重臂结构应力情况，进而分析塔机起重臂结构在动态冲击中的影响，为塔机设计及操作施工等提供了参考。关键词：ANSYS；塔式起重机；动力学分析中图分类号：TP317文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2009

2、.03.048整体而言几何尺寸较小、刚度大、质量集中，对塔机结构整体分析时，将回转结构等实体部件采用等效处理，减少塔机整体分析中的单元种类，方便进行后处理。在完成整体分析后，将分析中得到的等效单元的结点力作为外载荷，再单独分析回转结构；②塔机附件由于相对塔机整体结构而言几何尺寸小、质量集中，对整体结构进行分析时，将附件等实体部件采用等效处理；对于变幅钢丝绳，分布比较均匀，可通过改变相应杆件的密度来添加其质量。变幅小车、吊钩因与吊重同步，可将其质量及吊重一起作为起升载荷处理，根据圣维南原理，这种处理仅影响附件、吊钩及变幅小车作用点附近的局部应力大小及分布

3、，而对塔机整体应力变化及分布无大的影响。（2）单元的选择。由于塔机是空间结构，ANSYS中选用三维的有限元单元。三维梁单元有BEAM4、0引言塔式起重机（简称塔机）作为现代施工中的关键起重设备，金属结构作为塔机的主要骨架，其结构强度和刚度决定着塔机的工作可靠性和安全性。随着高层建筑结构的增多，塔机的满载率加大，工作繁忙程度加重，有些塔机大部份工作时间已在高应力水平下运行，特别是塔机在满载起升及满载变幅等动态冲击载荷对塔机结构产生的应力冲击影响，是塔机在工作中结构破坏主要原因之一，因此，对其进行结构静态和动态分析是塔机设计中一项极为重要的工作。由于在工程

4、试验及检测中多采用过载方式进行加载，从静力学的角度考虑塔机结构的动态效果，为了更好地对当前塔机结构在工作情况下的动态响应情况进行分析，本文利用瞬态动力学的方法，基于ANSYS对塔机起重臂进行动力学求解，分析塔机在载荷动态冲击下起重臂的结构动态响应，为塔机的开发设计和施工安全提供参考。BEAM44、BEAM188和BEAM189等，这些单元各具特点，可以满足不同的分析要求。根据塔机结构的特征，对于塔身、平衡臂及起重臂主要杆件处理为梁单元，选择BEAM188单元进行模拟即可满足分析要求。BEAM188单元建立在Timoshenko梁分析理论基础上，保持梁的

5、主要特征即近似描述三维实体结构的一维构件的特点外，增强了其横截面定义功能，改进了梁构件另外两位的可视化特性。考虑了剪切变形影响，在单元插值函数中，挠度和截面转动进行各自独立插值，BEAM188为线性梁单元，具有更强的非线性分析功能。起重臂拉索和平衡臂拉索主要承受拉力，在有限元分析中可选择三维桁架单元link8（Structurallink3Dspar8）1有限元模型的建立（1）结构简化及假设根据GB/T13752-92《塔式起重机设计规范》的规定，塔机必须工作在材料弹性范围内，故本文在建模、加载及求解过程中只考虑弹性情况，而不考虑材料塑性的影响。为了塔

6、机建模更为合理，有限元建模时根据实际情况进行必要简化：①由于回转结构等实体部件相对塔机[2]。收稿日期：2009－02－26基金项目：建设部项目（06-k8-8）；辽宁省省级重点实验室开放基金（JX200701）作者简介：李娟娟（1982-），女，辽宁人，在读硕士研究生。主要研究方向：机械设计及理论。进行模拟。三维杆单元link8是2节点3自由度的轴向拉伸—压缩杆件单元，主要用于模拟两端结点铰接的空间杆件，不考虑杆件的弯曲及扭转变形。112·制造业信息化·回转平台属于板壳结构，回转支撑属于三维实体结构，由于相对塔机整体结构而言几何尺寸较小，而刚度大且质

7、量集中，对塔机结构进行整体分析时，将回转支承采用梁单元进行等效，避免了梁单元与板壳单元不同自由度产生的连接问题，对应内塔节的四个主肢节点定义为3D的MASS21质量单元。该单元是具有6个自由度的质量点单元，能体现三维的质量集中。平衡重、起升、变幅机构等作为塔机的集中质量，同理将对应位置的节点定义为3D－MASS21质量单元。（3）建立有限元模型。根据设计要求定义塔机各结构的截面参数，将每根杆件相交的点处理为节点，采用直接法和间接法相结合的建模方法建立有限元模型，如图1所示。间为1/6s。根据塔机的起升特性曲线和实际的工作情况，吊钩以及变幅小车的质量加在

8、起吊物体的质量，各加载工况下瞬态冲击的作用力如表1所示。表1几种工况下瞬态冲击的作用力Tab.