大型鼓轮布缆机塔架结构的设计分析.pdf

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1、大型鼓轮布缆机塔架结构的设计分析．郑勐杜羽寅西安理工大学工程训练中心西安710048摘要：在对大型鼓轮布缆机结构分析的基础上，利用有限元软件Ansys对整个结构进行静力学分析，得到鼓轮布缆机在最不利工况下的应力及应变分布图，给出了关键构件强度和刚度的分析结果，并根据分析结果提出了改进方法和建议。关键词：Ansys；有限元建模；鼓轮布缆机；塔架结构；分析中图分类号：TH122：TH218文献标识码：A文章编号：1001—0785(2014)12—0035—05Abstract：Thestaticanalysisisperformedforthewholestructureb

2、yfiniteelementsoftwareAnsysbasedonstructuralanalysisofthelarge—scaledrumtypecable—layingmachine，togetthestressandstraindistributionchartfordrum—typeca—ble-layingmachineunderthemostunfavorablecondition，aswellasthestrengthandrigidityanalysisresuhforkeycompo—nents．Inaddition，thepaperalsoputs

3、forwardtheimprovedmethodandsuggestionsaccordingtotheanalysisresult．Keywords：Ansys；finiteelementmodeling；drumtypecable—layingmachine；towerstructure；analysis刚性和强度。塔架总高为6．3ITI，两塔架相距0引言1．6ITI，下方用螺栓通过底板固定在下滑板上，从大型鼓轮布缆机是用于在海底敷设电缆的装上到下由3根200x400x10的空心矩形钢管用螺置，它安装在拖船上，随着拖船的前进，电缆盘栓连接，以减少振动和摇晃。在两个塔架

4、侧面由随之转动，边行驶，边敷缆。电缆盘的质量为螺栓连接两根立轨来约束横梁。350t，直径为9in，要求布缆机的总质量不超过40t。由于电缆盘的质量大，应用场所特殊，安全要求高，因此，对其精确设计很有必要。对于大型重载荷钢结构系统的设计，文献[1]从结构上进行了有限元分析，而文献[5]则从稳定性方面作了分析。对于大型风力发电机组塔架更加深入的研究，以及对于系统的门洞结构、模态与强度、稳定性以及结构优化等目前都有较详尽的分析。本文拟从整体结构上对大型鼓轮布缆机塔架做设计分析。图1布缆架结构三维图1几何模型建立和模型简化1．1结构分析1．2模型简化及相关处理该布缆机塔架三维结构

5、见图1，其主要由两个采用Ansys的前处理模块进行建模，在保证分对称布置的塔柱与下滑板连接组成，滑板安装在析精度的前提下，为了控制求解计算规模，简化底座上。当布缆机作业时整个滑板与底座通过C几何模型，略去了对结构强度和刚度影响较小的形卡焊接连为一个整体，并焊接固定在甲板上。细节部分，焊接过渡部分也可略去。每个塔柱由1块梯形前面板、1块梯形后支撑板和1．2．1总体结构处理底板焊接组成，在塔柱的背面辅以大小三角加强尽管整机结构具有很好的对称性，在实际作筋板，在塔柱的正面辅以矩形加强肋板，以提高业时竖直方向的载荷是对称的，但水平方向的载《起重运输机械》2014(12)一3S一荷

6、对塔柱左右分别产生拉应力与压应力，应力分性连接，摩擦型连接承受较大的剪切作用，工作布并不具备对称性，因此，应对塔柱与下滑板模状态下会产生撬曲力作用j，模型简化时保留螺型进行有限元分析。栓孑L，并用梁单元模拟螺栓的作用。考虑梁和端1．2．2焊接连接的处理板连接节点具有相同的自由度，采用Shell181单整个结构主要通过板材焊接而成，在建模过程元离散底板，Beab4单元模拟螺栓作用。Shell181中，需正确处理焊接关系。考虑焊接连接的特点，适用于薄板、中厚度板的壳结构，单元每个节点在有限元分析中可近似认为是刚性连接，实验证明有6个自由度，有强大的非线性功能，并有截面这种假设

7、所产生的误差较小，基本上可以满足计算定义功能。塔架的前面板及后支撑板采用厚精度。具体做法是，在两个实体的焊接点处形成共20mm、宽1．6m、高6．3m的钢板焊接而成，考同节点，两个实体在共同节点处为刚性连接，具有虑面积与厚度比，采用Shell181单元。相同的自由度，可模拟真实的焊接效果¨。Mass21是Ansys提供的3D质量点单元，具有1．2．3板材与板材螺栓连接的处理1个节点6个自由度：沿、Y、方向的平动及绕整个钢结构中钢板与钢板大量采用螺栓连接，、Y、轴的转动，能体现三维结构的质量集中特作业时载荷情况并不完全相同，分为