塔机标准节连接套有限元计算

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1、塔机标准节连接套有限元计算作者：陶必松内容提要：以塔机上的两个局部实体单元构造为例，运用有限元计算的方法，讨论刚性不足和应力集中对材料受力的影响，并在结构上提出相应的改进措施。并针对国外塔吊标准节连接进行了简要计算，以便于学习。关键词：实体模型，载荷，有限元计算，应力集中，刚性。1引言我国塔式起重机技术从测绘、引进技术开始的，逐渐具备了独立开发的能力。随着计算机和有限元计算分析技术的迅速发展，我国的塔式起重机设计能力普遍提高，将塔式起重机金属桁架结构的杆件简化为梁单元进行分析等，钢结构的设计技术日趋完善，但在细节结构设计方面还不够完善。在许

2、多细节结构中，力学模型的简化由于受到计算复杂性的局限，应力集中和刚性对受力的影响等，使理论计算模型难以真实的反映实际结构的受力情况，往往会造成塔式起重机事故的产生。我们都知道，在方管（或角钢扣方）塔身的主弦杆两端都焊有一件封板，我们一般认为该封板的作用是防止透水，角钢扣方的主弦杆中同时起到为两片角钢定位的作用。因此对于此封板在结构处理上不是很重视，随意的减小厚度，甚至不焊接此封板。但是实际上该封板起着十分重要的作用。下面以小塔机的连接套结构的四个有限元计算模型为例，比较有无封板对该局部结构的影响。2国内小塔吊连接套计算2.1有限元网格网格的

3、划分：网格均按60%网格密度自动划分；约束：主弦杆的底端全部约束，主弦杆的顶端除Z向平动以外全部约束；主弦杆无连接套的侧面约束平动自由度；螺栓约束X、Y平动自由度和Z向转动自由度。载荷：在螺栓的两端分别添加33.5吨的预紧力。主肢顶部施加拉力(反复计算取部件出现接近最大屈服应力的力施加)。实际上主弦杆的受力还包括弯矩和扭矩，在此做了简化。计算模型由CAD绘制三维实体图形，绘图按1:1绘制，用algor导入并自动划分网格。1.1模型说明共建立四个模型，并分别计算，模型如下：模型一：无加强模型二：封板加强模型三：衬板加强模型四：封板+衬板加强1

4、.1有限元计算结果1.1.1无加强模型，在主弦杆顶部添加了42吨的拉力整体位移图整体Von-mises应力图螺栓Von-mises应力图局部Von-mises应力图内部Von-mises应力图1.1.1封板加强模型，在主弦杆顶部添加了48吨的拉力整体位移图整体Von-mises应力图螺栓Von-mises应力图局部Von-mises应力图内部Von-mises应力图1.1.1衬板加强模型，在主弦杆顶部添加了48吨的拉力整体位移图整体Von-mises应力图螺栓Von-mises应力图局部Von-mises应力图内部Von-mises应力图1

5、.1.1封板+衬板加强模型，在主弦杆顶部添加了55吨的拉力整体位移图整体Von-mises应力图螺栓Von-mises应力图局部Von-mises应力图内部Von-mises应力图1.1.1小结应力拉力变形预紧力模型一337.85MPa42t0.51883mm33.5t模型二344.69MPa48t0.55265mm33.5t模型三332.45MPa48t0.58236mm33.5t模型四343.89MPa55t0.63274mm33.5t从应力角度来说，模型从劣到优排名为：模型一最差，且抗变形能力差；模型二与模型三相差不大，可根据实际情况

6、选取加强方式；模型四的加强效果最好，但用料多，加工工序复杂。以上是国内的小型塔吊标准节连接的有限元计算，以下是国外某中型塔机的标准节连接的有限元计算。1国外塔吊标准节连接1.1有限元网格网格的划分：网格按50%网格密度自动划分；约束：主弦杆的底端全部约束，主弦杆的顶端除Z向平动以外全部约束；主弦杆无连接套的侧面约束平动自由度；螺栓约束X、Y平动自由度和Z向转动自由度。载荷：在螺栓的两端分别添加67.1吨的预紧力。主肢顶部施加拉力193吨。实际上主弦杆的受力还包括弯矩和扭矩，在此做了简化。计算模型由CAD绘制三维实体图形，绘图按1:1绘制，用

7、algor导入并自动划分网格。1.2模型说明共建立一个模型，并计算，模型如下：模型1.1有限元计算结果整体位移图整体Von-mises应力图螺栓Von-mises应力图局部Von-mises应力图内部Von-mises应力图1.1小结从这个计算模型来看，其整体应力均不超过材料屈服应力，但底部封板厚度很厚（57mm），对钢板Z向性能有较高要求；对焊接技术也具有很高的要求，此种连接方式在国内来说还是具有很大难度的。应力拉力变形预紧力标准节连接模型316.06MPa193t0.979611mm67.1t1总结从小塔吊连接套的四个计算模型来看，由于

8、在主弦杆底端增加封板，减少了结构上微观变形，主弦杆上局部的应力明显降低。这是一个明显的刚性不足影响应力的算例，在制作塔机的过程中应该引起广大的技术人员的注意。塔式起重机有限元计算