基于ANSYS的铝电解多功能机组小车端梁有限元优化设计.pdf

《基于ANSYS的铝电解多功能机组小车端梁有限元优化设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第27卷第5期有色矿冶Vo1．27．№52011年10月N0N—FERR0USMININGANDMETALLURGY0ctober2011文章编号：1007—967X(2011)05—0041—03基于ANSYS的铝电解多功能机组小车端梁有限元优化设计刘大立，李承山，常艳梅[中国有色(沈阳)冶金机械有限公司，辽宁沈阳，110141]摘要：本文采用有限元法对铝电解多功能机组主小车承载结构端梁进行了计算，总结了一种端梁建模和边界条件设置的合理方法，分析了端梁结构的应力和变形分布状态，并提出了结构调整或优化的方案。此外，采用传统力学方法验证了有

2、限元算法的准确性。关键词：铝电解多功能机组；有限元法；优化；小车端梁中图分类号：TF821文献标识码：B置筋板。其主要设计参数为：1引言盖板、腹板：材料Q345B，屈服强度盯=345铝电解多功能机组(PotTendingMachine，简称MPa；筋板：材料Q235B，屈服强度=235MPa；弹PTM)是电解铝生产的关键辅助设备。传统双梁性模量2．1×10“Pa，泊松比0．3，密度7850kg／m；PTM采用主小车和出铝小车分别独立的结构形式。总长：4．36Ill，跨度3．848m，小车自重为51t，起重其中，主小车由两根主梁支撑，而出铝

3、小车采用偏挂量32t。其具体截面参数及模型结构见图1。式结构，即出铝小车偏挂于一根主梁外侧。根据铝根据文献⋯，安全系数n=1．48，则端梁结构许电解工艺要求，主小车和出铝小车不同时作业，且此用应力分别为：盖板、腹板：[盯]=／n=345／结构对出铝最大起升量有很大限制。新型双梁1．48=233．1MPa；筋板及格子板[叮]2=叮S2／n=FFM与传统结构相比有重大改进，针对电解工艺过235／1．48=158．7MPa程不能同时操作的特性，仅设置一台小车，并将出铝起升机构同各项工具一起置于小车上。因此，对小车主要承载结构端梁的刚强度有很高要

4、求。除此之外，从节约能源方面考虑，在保证设备功能要求的同时，尽可能减轻结构质量、降低制造成本也是设计研究的主要方向。长期以来，受到一些条件的限制，所设计的PTM往往具有太大的安全系数，导致材料浪费。近年来，有限元分析在起重机上图1端梁截面及模型边界条件施加得到了广泛的应用，本文利用有限元技术对小车端2．2建模方法梁结构进行有效的数值仿真，确定合理的边界条件，小车端梁为薄板钢材焊接而成，以shell63壳单实现对实际端梁结构全方位的应力分布模拟分析与元模拟，采用solid45实体单元模拟支撑端梁的轴承检查，达到整体合理设计与局部兼顾的效果。

5、座结构。建模过程中，简化掉对模型计算结果影响2PTM小车端梁有限元建模不大的结构。同时，为了验证有限元模型的有效性，本文研究的新型PTM采用双梁结构，最大起重建模过程分为初步模型一试算一修改模型一试算的量32t。其中，小车结构承受了各项工具载荷及来循环模式，直至网格模型达到收敛为止。自出铝卷扬机构的载荷。因此，为安全起见，选取的2．3约束及载荷施加设计参数比传统的PTM要大。端梁实际承载形式为简支梁结构。为了与实际2．1端梁结构及基本参数模型相符，本项目采用两个实体模型模拟轴承座结本项目研究的小车端梁为箱型梁结构，内部设构，并对其施加约束

6、，以避免壳单元在约束处产生应收稿日期：2011—06—17作者简介：刘大立(1981一)，女，硕士研究生，助理工程师，主要从事机械自动化、设计及研发工作。42有色矿冶第27卷力畸变。约束形式为：视端梁一端为铰支端，一端为式中h——腹板高度，h：402mm；支撑端。其中铰支端仅释放垂直平面内的旋转自由6——腹板厚度，8：12mm；度(本模型为RX)，支撑端释放垂直平面内的旋转b——腹板间距，b=240ITlm；和沿端梁长度方向移动两个自由度(本模型为RX、61——盖板厚度，8l=20mm；UY)。端梁通过两个支座承受载荷，因此，将端梁承B—

7、—盖板宽度，B=304mm。重以均布载荷施加于两个支座之上。满载引起最大弯矩：M=Pa=207500×674=1．398×108N‘mm3有限元分析结果式中P——端梁一个支座上的压力，P=207500N；3．1静强度分析结果a——支座距端梁支撑的距离，a=674mm。对端梁结构进行有限元计算，所得端梁中部弯满载引起最大弯曲应力"_O'max-=45．24N／曲应力分布见图2。从图可知最大弯曲应力(沿载mm=45．24MPa。荷方向)为盯弯⋯=42．037MPa，位于端梁盖板上。4．2静刚度计算结果则端梁结构的实际安全系数为n。=[盯]／(

8、r弯：小车端梁计算模型见图4，端梁中部产生的最233．1／42．037=5．54，因此，端梁静强度符合要求，大垂直挠度]：且实际安全系数较大。=(3_4仪)=1．76mm。3．2静刚度分析结果