基于ansys的桥式起重机主梁优化设计 (2)

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1、工程与技术基于ＡＮＳＹＳ的桥式起重机主梁优化设计□冯俊莲(中铁武桥重工股份有限公司湖北·武汉430052)摘要：针对现行主梁设计中存在的结构笨重、材料浪费严重的问题，基于ANSYS平台，构造50t-30m桥式起重机桁架主梁模型，应用ANSYS对其进行结构和受力分析；以主梁各截面厚度为优化变量，以强度和刚度指标为约束，应用ANSYS提供的优化方法，进行以主梁结构轻量化为目标的优化计算，得到合理的优化结构。关键词：桥式起重机桁架主梁ANSYS优化中图分类号：TM文献标识码：A文章编号：1007-3973（2008）04-021-02采用有限元单元法和优化设计方法，以50t-30m桁架的形状

2、（如正方形、三棱柱等）映射到不规则的区域（如畸变梁桥式起重机为研究对象，通过计算机仿真分析起重机主的四边形、底面不是正多边形的棱柱等）上面，它所收成的梁的强度、刚度和稳定性，找出最大应力和最大变形处，然网格之间是呈规则的排列的，分析的精度也很高。但是，它后在此基础上，完成以结构轻量化为主要目标的优化计算。要求划分区域满足一定的拓扑条件，否则就不能进行映射１　　主梁结构静力分析网格划分。一般情况下，ANSYS程序使用的默认网格控制ANSYS程序中的结构静力分析是用来计算在固定不可以使用户的分析模型生成足够的网格以便于分析。在这变的载荷作用下结构的效应，即用于稳态外载引起的系统种情况下，不

3、必指定任何的网格剖分控制。但是，如果用户或部件的位移、应力、应变和力。使用网格剖分控制，则必须在对实体模型网格剖分之前设在本文中，结构静力分析的目的是找出原结构的最大置网格剖分控制。应力和最大变形处，为优化设计作准备。网格剖分控制容许用户建立用于实体模型网格剖分的1.1有限元分析模型的建立要素，如单元形状、中间节点位置和用于实体模型网格剖分本文研究的50t-30m桁架梁桥式起重机主梁横截面为的单元尺寸大小。单元网格划分时要兼顾精度、经济性和计△截面，主弦杆为工字形型钢，腹杆为角钢，材料均为普通算容量。一般情况下，单元划分越细、越接近真实求解区域，碳素钢Q235，连接形式为焊接，所有构件

4、均采用可承受拉、计算精度就越高，但随之而来的可能是计算时间、费用和内压、弯、扭的梁单元beam188模拟。存使用量的成倍增加，所以，必须综合考虑各因素来恰当地参照现有的起重机系列设计，对常用的桥式类型起重确定单元的数目。机，桁架跨中高度h及宽度b可在下列范围选取：1.3载荷处理h≥（1/12～1/15）L通常将主梁作为简支梁来研究，左端固定，右端简支。b≥（1/2～1/2.5）h考虑最危险工况即小车满载位于主梁中央截面。加载时，还式中，L为桁架跨度。应考虑主梁自重、小车起制动产生的水平惯性力、风载、作根据本起重机的跨度30m,确定桁架△截面高度为业系数、动载系数等。载荷可以施加到几何模

5、型的关键点2m、宽度为1m。结构模型如图1所示。上，也可以施加到有限元模型的节点上。这两种情况各有各自的优点和缺点。分别如下：施加在实体模型上的优点是：通过图形拾取来加载时，因为实体较小，所以施加时比在有限元模型上进行要方便的多；模型载荷独立于有限元网格，这样就不必因为网格重新划分而重新加载。缺点是：不能显示所有的实体模型载荷；在关键点上的载荷很难施加上去；网格划分命令生成的单元处于当前坐标系下面，而节点使用的是整体笛卡儿坐标系。图１　　主梁整体结构施加在有限元模型上的优点是：因为载荷可以直接施1.2网格划分加在主节点上，所以在简化分析时不会有任何问题；可以简在ANSYS程序当中，网格

6、划分是在几何模型建立好单地选择所有所需要的节点，并直接指定约束条件。了之后、最终进行求解之前完成的，也就是说，它即可以防缺点是：只要划分的网格有任何问题，需要删除掉所有在加载之前，也可以防在加载之后。的或者部分的网格单元，重新划分网格，则用户必须删除掉在ANSYS程序当中，有限元的网格是由程序自己来原有的载荷并在新收成的网格上面施加载荷；对于使用图完成的，用户要做的就是通过给出一些参数与命令来对程形拾取来加载，特别是在节点很多时，原来施加在一条线上序实行“宏观调控”。总的来说，ANSYS的网格划分有两种。的载荷需要逐个节点来拾取，原来施加在一个面上的载荷第一种是自由网格划分，主要用于划

7、分边界形状不规则的需要逐个单元面来拾取，非常麻烦。区域，它所生成的网格相互之间是呈不规则的排列的。常常无论如何，在开始求解之前，一定要保证所有的载荷施对于复杂形状的边界选择自由网格划分。它的缺点是分析加在有限元模型上，只有这样，求解器才可以进行求解。精度往往不够高。第二种是映射网格划分，该方法是将规则科协论坛・２００８　年第4期（下）21工程与技术1.4求解表1优化设计参数对主梁结构进行静力分析，目的是找出最危险工况下分类物理含义范围上弦杆翼缘