门式起重机刚度强度的有限元分析.pdf

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1、第33卷第8期绵阳师范学院学报Vo1．33No．82014年8月JournalofMianyangNormalUniversiAug．，2014门式起重机刚度强度的有限元分析张大鹏，姚立影(1．绵阳师范学院交通运输与管理学院，四川绵阳621000；2．西南交通大学机械工程研究所，四川成都610031)摘要：门式起重机承受额定载荷时的结构刚度和结构强度是评估起重机最重要的两个指标．通过ANASYS对于某u型变频箱型双梁门式起重机进行计算．然后，依据《起重机设计规范GB3811—2008)对计算结果进行分析判定．计算

2、结果表明：结构最大变形与最大局部应力不是发生在同一工况；结构的最大VonMises应力及变形均在许用范围以内，结构静刚度、结构强度均能满足使用要求．ANSYS的计算结果为起重机的安全评估与检验检测提供了有益参考．关键词：门式起重机；挠度；结构刚度；结构强度；有限元分析中图分类号：TH213文献标志码：A文章编号：1672-612x(2014)08-0001-070引言根据《中华人民共和国特种设备安全法》¨的规定，门式起重机属于特种设备，起重机使用中的安全也使人们倍加关注．起重机金属结构的刚度和强度是起重机安全评估

3、的重要指标．关于门式起重机刚度与强度的研究，国内外很多学者对此作了大量有意义的工作．Abbas-2I4等人对波纹腹板梁弯曲强度和刚度进行了研究．程文明[5]等研究了主梁各截面参数对主梁跨中和悬臂端刚度的灵敏度．姚文娟等给出了不同拉压模量梁的解析解．HoistC．等通过实验对门架结构变形及主梁挠度进行了研究．TONG等对起重机刚性支腿进行了设计计算．GuanLl刨等采用有限元对刚性支腿对结构刚度进行了分析．R~nnholm，P．等¨l_从实验测量和理论上研究了梁结构的变形．Lee等对梁类结构强度及挠度变形的估算给出

4、了参考方法．Castillo，E．等¨]对结构可靠性问题中的灵敏度进行了分析．Pinca，C．B．等对起重机结构承载后的应力应变进行了研究，并给出了参量之间的关系，很有意义．在机械设计中，现在大多还是采用较成熟的传统的容许应力设计法(allowablestressdesignmethod)．容许应力设计法是以结构构件的计算应力仃不大于有关规范所给定的材料容许应力[仃]的原则来进行设计的方法．它在对高应力部位校核计算时，多是靠经验选取，可能会出现不精准不全面的情况．而有限元分析可以计算结构的全局应力、变形、模态、振

5、型等数据，信息量丰富．针对某电站门式起重机各种工况，采用ANSYS对门架结构的刚度强度进行计算分析，为门架结构的安全使用和检验检测提供了有益参考，在工程应用中具有重要意义．1有限元建模与分析1．1简化与选取单元类型有限元法的基本思路和基本原则以结构力学中的位移法为基础，把复杂的结构或连续体看成有限个单元的组合，各单元彼此在节点处连接而组成整体．把连续体分成有限个单元和节点，称为离散化．先对单元进行特性分析，然后根据各节点处的平衡和协调条件建立方程，综合后作整体分析．这样，先离散再综合的过程，就是把复杂结构或连续体

6、的计算问题转化为简单单元的分析与综合的问题．有限元法是一种数值收稿日期：2014—03—28基金项目：中央高校基本科研业务费专项项目(2010ZT03)；国家自然科学基金项目(51175442)；国家质量监督检验检疫总局科技计划项目(2010QK02)；绵阳师范学院科研项目(QD2012A09)．作者简介：张大鹏(1975一)，男，辽宁辽阳人，博士，副教授．研究方向：起重运输与矿山机械检测及故障诊断．第33卷绵阳师范学院学报(自然科学版)·2·计算的近似方法．ANSYS程序主要包括三个部分：前处理模块，求解模块和

7、后处理模块．ANSYS程序的组织机结构如图1所示．前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；求解模块可以对结构分析(结构线性分析、结构非线性分析和结构高度非线性分析)热分析等进行求解与分析；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出．ANSYS程序提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料．由于箱型起重机的金属结构属于薄板结构，所以在AN

8、SYS中采用SHELL63壳单元直接进行建模．SHELL63称为elasticshell，因为它只支援线性弹性的材料模式；ANSYS另有其他shell元素可以支援更广泛的材料模式．SHELL63单元既具有弯曲能力又具有膜力，它可以承受平面内荷载和法向图1ANSYS程序的组织结构荷载．SHELL63单元只支持线性弹性的Fig．1Organizationalstructure