关于大型薄壁焊接卷筒有限元受力计算

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1、大型薄壁焊接卷筒有限元受力计算邹晖华张增培1武汉市特种设备监督检验所武汉4300192青岛科技大学机电工程学院青岛266061摘要：结合具体算例，以有限元分析软件Ansys为工具，对大型薄壁焊接卷筒进行受力分析，并与常规校核计算应力结果进行比较，从中得到2种分析结果差异的原因。分析比较发现：弯扭合成应力计算时，引用材料力学空心轴弯扭理论并加以考虑离心力的影响，对分析计算结果尤为重要。关键词：大型薄壁焊接卷筒；有限元：分析中图分类号：TH21文献标识码：A文章编号：1001—0785(2011)04—0066—04Abstr

2、act：WiththespecificexamplesandtakingthefiniteelementanalysissoftwareAnsysastool，thepapercon—ductsstressanalysisoflargethin—walledweldingreelandgetsthereasonforthedifferencescomparedwithnormalstresscalculationresult：Thecomparisonandanalysisshowthatapplyingmaterialm

3、echanicshollowshaftbendingandtorsionthe-oryandconsideringtheinfluenceofcentrifugalforceisprettyimportantinthebendingandtorsioncombinationstresscalcu—lation．Keywords：largethin—walledweldingreel；finiteelement；analysis传递扭矩所引起的扭转应力，钢丝绳拉力引起的0前言弯曲应力，钢丝绳在薄壁焊接卷筒上卷绕时对薄近年来，

4、大型焊接卷筒成为大型起重机中应壁焊接卷筒的压应力。用越来越多的一种结构形式，它是影响起重机卷薄壁焊接卷筒上的扭转应力比较小，可忽略绕装置如起升机构、变幅机构、牵引机构等工作不计。在较短的卷筒中，弯曲应力也可不予考虑。特性及其制造成本的关键零部件，设计和制造一因此，薄壁焊接卷简壁厚主要与钢丝绳在卷筒上直倍受关注。对于起重机的焊接卷筒壁厚一直由卷绕时对薄壁焊接卷筒的紧箍作用有关，紧箍作经验公式确定，即取卷筒的壁厚等于钢丝绳直径，用引起的应力使薄壁焊接卷筒受到压缩和弯曲。然后根据需要做强度和稳定性校核。这种方法虽如果薄壁焊接卷筒

5、是在具有拉力的一圈绳索的影然简便实用，安全可靠，但从起重机生产厂和使响下发生变形，那么薄壁焊接卷筒应力的类别将用单位的工程实践证明，现有起重机上使用的大十分清楚。型焊接卷筒壁厚设计方法偏于保守。随着起重机然而，薄壁焊接卷简在实际工作中，并不是的不断大型化和高速化，如果继续采用传统的设仅仅受到1个卷绕绳圈作用的载荷，而是受到了计方法，大型焊接卷筒壁厚将随钢丝绳直径同步依次排列的多绳圈作用的载荷。如果在薄壁焊加大，由此会带来一系列问题。接卷筒上所有的绳圈都保持着钢丝绳原来卷绕到目前为止，国际国内尚无1套能替代上述薄壁焊接卷筒时

6、的拉力，则当薄壁焊接卷筒上传统方法的设计大型薄壁焊接卷筒壁厚的新理论布满了卷绕上的钢丝绳时，由弯曲应力引起的和方法。基于以上考虑，本文开展降低卷筒基本变形消失。在薄壁焊接卷筒表面的每一点上，壁厚的大型薄壁焊接卷筒承载能力研究。作用着沿径向的压缩载荷，即只受到均匀的外压，见图1。1大型薄壁焊接卷筒的受力和变形特点为求钢丝绳拉力5在薄壁焊接卷筒壁内引起要研究薄壁焊接卷筒的强度，就要考虑应力的应力，首先应该求得绳圈拉力s在薄壁焊接卷沿壁厚的变化。卷筒的壁厚承受着薄壁焊接卷筒筒表面单位面积上引起的应力P。一66一《起重运输机械》2

7、011(4)fP卷绕在卷筒上，且双联薄壁焊接卷筒较为典型，单联薄壁焊接卷筒较简单些，故仅分析单层卷绕、双联薄壁焊接卷筒的情况。对于单层薄壁焊接卷．IS绕的卷筒而言，卷筒在工作中承受的应力为：薄壁焊接卷筒传递扭矩所引起的扭转应力；钢丝绳拉力引起的弯曲应力；钢丝绳在薄壁焊接卷筒上图1薄壁焊接卷简的外压卷绕时对薄壁焊接卷筒的紧箍作用的应力。卷筒上的扭转应力较小，可以忽略不计。在较短的薄P=壁焊接卷筒中，弯曲应力也可不予考虑。因此，式中：D为薄壁焊接卷简直径，t为薄壁焊接薄壁焊接卷筒壁厚主要与钢丝绳在卷筒上卷绕时卷筒槽距。对薄壁焊

8、接卷筒的紧箍作用有关，紧箍作用引起卷绕于薄壁焊接卷筒上的钢丝绳，每一绳圈的应力使卷筒受到压缩和弯曲。薄壁焊接卷筒在的拉力都不相同。钢丝绳与薄壁焊接卷筒绳槽之具有一定拉力的单圈绳索的作用下将产生局部弯间的摩擦，妨碍了钢丝绳拉力问的平衡关系。考曲变形，而薄壁焊接卷筒在受到依次排列的许多虑到这一点，可以通过下