基于ANSYS的甲板起重机主结构有限元分析

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1、交通科学武汉理工大学学报&第!"卷第"期与工程版’@).A!"B)A"#$$%年#月()*+,-.)/0*1-,2,345+6378)/95:1,).);8C5DA#$$%&9+-,6<)+7-73),=:35,:5>?,;3,55+3,;’基于EB=F=的甲板起重机主结构有限元分析胡伟"’刘刚#’周于海"’"’武汉J!$$H!’&湖北大学商学院#’武汉J!$$H#’&武汉理工大学物流工程学院摘要G借助有限元软件EB=F=K对一种新型结构的甲板起重机进行了分析K描述了在EB=F=中建立这种复杂不规则模型时需要运用的技巧K以及在加载过程中应该注意的受力转换A当求解完

2、成后计算结果仍不理想时K该软件可以对设计模型作适当优化K为设计人员提出合理建议K以满足设计要求A关键词GEB=F=L甲板起重机L建模L优化中图法分类号G9M#"N图"所示的是一种新型甲板起重机A它的塔小倾角#$VK最大倾角N"A"#VK因此可以选取这两身采用多面体板壳组合结构K局部开口作为工作个极限工况进行起重机强度和刚度校验A平台和出入通道K从理论上可以把它归为一种薄万方数据壁箱型结构O"PA目前求解薄壁箱型构件大多采用#用EB=F=进行结构有限元建模数值计算加试验的方法A数值计算大体分为两类G与分析一类是对微分方程求解K另一类主要采用总势能驻值原理及由其导出的

3、有限元方法来计算A有限元法具有能对复杂结构形状划分网格K加载并快WAX前处理速求解的优点A文中采用有限元分析软件EB=F=这一阶段包括定义单元类型Y建立分析模型K对该型号起重机主结构进行了受力分析和结构定义各部分材料的实常数和材料特性O#PA优化A对于臂架部分K采用的单元类型包括615..H!单元和.3,ZN单元K其中用.3,ZN单元来模拟钢丝绳O!PQA弹性模量[#A"]"$^_-K泊松比‘$A!K实常数共有N个K其中%个为臂架板厚K"个为钢丝绳截面积A这里将整根钢丝绳划分为一个单元K截面积取足够大K作为刚性杆以便模拟臂架精确图"起重机结构示意简图的受力和位

4、移变形情况A臂架的材料特性包括两个K一个为设置了密度的板壳单元K另一个为不计"甲板起重机的性能指标和结构重力的杆单元A臂架的单元尺寸控制为"J$SS左右K划分网格后共生成"#"RH个单元A需要提到该甲板起重机起重量为!QA!7K臂架为箱型的是臂架的建模要充分考虑其对称性K总体坐标结构K长度#RAR#QSK由T#!Q钢焊接组成L塔身系应放在对称轴上K否则在加载时要进行大量的高度为%ARQQSK由前后两块多边形U=!#E钢板载荷的换算K而且约束无法施加A组成K前板厚"!SSK后板厚""SSK底座呈六边对于塔身部分&如图#所示’K其单元类型包形A起重机工作时臂架转动的角

5、度与水平线成最括有615..H!单元和6).3a5R#单元A实常数根据塔收稿日期G#$$HI"$I"J胡伟G男K#%岁K硕士K主要研究领域为结构优化与可靠性分析第$期胡伟%等<基于P,Z‘Z的甲板起重机主结构有限元分析_$""_图!塔身结构及形状示意图身板厚设置"个#材料特性有$个%其密度设置为方法如下#*+/&#!’($),-..0考虑焊缝的重量1#塔身的单*FGH?GI3:>*?J:K9>元尺寸控制为$))..左右%划分网格后共生成*FLH?G:K9>M?JI3:>!&!"+个单元#*FJH?L塔身的主体是一个非规则的八面体%上细下?G为臂架水平支反力N?J为

6、臂架法向支反力N?L粗%按照23443.567建模方法在确定了底座的&个为臂架水平侧向力NF为塔身底座所受的G%FJ%FL关键点之后%塔顶的&个关键点无法确定%按照近力#臂架下铰点支反力如表$所列#似值建立的关键点在以后生成和划分平面时无法进行%这是因为万方数据89:;:有默认的精度限制0$)*+1#为了保证精度%采用了以下方法解决<先确定与底面平行的=5=平面上&个关键点%并与底座对应点生成直线%然后延长其中两条>面上的棱线至?%@点%通过?%@%A%B点确定了塔顶平面%接着图/臂架结构的有限元模型图’支反力换算原理图延长剩下的’条棱线至塔顶平面%采用由面切割线

7、的方法%确定’个棱角的位置%这样就建立起塔C#O计算后处理与结果优化体的主要模型#另外%对于其中大量的开孔%肋板采用P9:;:5:4Q6I46QR模块%计算出臂架重量也需要采用相应的建模技巧#为$’+/!#&ST%塔身重量载荷为$&&"!#DST%与实测重量比较吻合#臂架在工况一时的U395C#C运行处理这一阶段主要包括模型的边界约束%加载和VK:R:应力分布及变形见图+%D%其最大应力为求解#$!/#$)&VW8%发生在起吊端主梁内侧与上表面对于臂架部分%将钢丝绳一端和臂架转轴的钢板汇交处N最大变形为D!#"!!..0工况!1%发平动位移进行约束%在臂架的另一端

8、和钢丝绳连