基于ANSYS的起重機(jī)新型弧弦主梁力學(xué)分析論文

　　0 引言

　　門(mén)式起重機(jī)是一種搬運(yùn)大型物料的起重設(shè)備，廣泛用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)，在現(xiàn)代化生產(chǎn)中占有重要地位。隨著門(mén)式起重機(jī)的使用范圍越來(lái)越廣，對(duì)其安全性能和力學(xué)性能也越來(lái)越重視。目前市場(chǎng)上的門(mén)式起重機(jī)中主梁大多采用平直主梁結(jié)構(gòu)，很少采用其他新型主梁結(jié)構(gòu)形式。下承式拱橋隨處可見(jiàn)，因?yàn)檫@種梁-拱組合體系同時(shí)具備受彎和承壓的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是利用梁的受拉，來(lái)抵消拱在豎向載荷下產(chǎn)生的水平推力。本文依據(jù)下承式拱橋的受力特點(diǎn)，參照該橋梁的結(jié)構(gòu)形式，提出了一種新型弧弦主梁結(jié)構(gòu)，并利用ANSYS對(duì)改進(jìn)后的主梁進(jìn)行力學(xué)分析。

　　1 新型弧弦主梁的結(jié)構(gòu)模型

　　新型弧弦主梁(以下簡(jiǎn)稱新型主梁)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就是在原來(lái)傳統(tǒng)主梁的基礎(chǔ)上，加設(shè)一弧形梁，中間通過(guò)焊接連桿與平直梁連接。理論上，這種新型主梁可以利用平直梁的受拉來(lái)抵消弧在小車(chē)豎向載荷作用下產(chǎn)生的水平力，與傳統(tǒng)主梁相比，減小了在豎向載荷的作用下產(chǎn)生的最大應(yīng)力和應(yīng)變。

　　2 有限元建模

　　2.1 主要參數(shù)

　　該門(mén)式起重機(jī)的跨度為22.5m，額定起升量Pg=30t，小車(chē)的輪距3.6m，兩相鄰大隔板的間距1.5m，隔板厚度0.006m。腹板的高度H=1.3m，兩腹板的間距B=0.5m，腹板的厚度t3=0.006m，上下蓋板的厚度t1=t2=0.016m。

　　2.2 模型建立與網(wǎng)格劃分

　　在ANSYS前處理模塊中分別設(shè)置分析類型、單元種類、實(shí)常數(shù)以及材料參數(shù)。在本文中主要采用SHELL63單元和BEAM188單元。SHELL63具有彎曲和薄膜能力，且該平直梁板材的長(zhǎng)度不小于其厚度的10倍，應(yīng)選用SHELL63單元�；⌒瘟汉推疬B接用作的連桿采用BEAM188單元，該單元適用于應(yīng)力強(qiáng)化部分，符合弧形梁和接連桿的實(shí)際受載情況。建模過(guò)程中采用自下而上的方法，通過(guò)依次創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)、線、面等單元達(dá)到最終的建模效果。

　　2.3 邊界條件的設(shè)置和危險(xiǎn)工況選擇

　　實(shí)際情況中，該主梁與端梁是搭接相連的，所以把主梁左右兩端的面上都加上全約束，這樣能比較真實(shí)地模擬出主梁與端梁的連接。

　　根據(jù)理論力學(xué)和門(mén)式起重機(jī)工作的實(shí)際情況，能夠確定小車(chē)滿載制動(dòng)，置于跨中時(shí)，主梁的應(yīng)變和所受應(yīng)力值最大，此狀態(tài)為門(mén)式起重機(jī)的最危險(xiǎn)工況，應(yīng)該著重分析。為了使起重機(jī)正常、安全地工作，起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足強(qiáng)度和剛度的要求。對(duì)此類門(mén)式起重機(jī)應(yīng)按強(qiáng)度計(jì)算載荷-第二類載荷，即起重機(jī)按工作狀態(tài)最大載荷進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，應(yīng)選取可能出現(xiàn)對(duì)主梁最不利的載荷組合。

　　3 結(jié)論

　　通過(guò)對(duì)起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后的靜力分析結(jié)果的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)新型主梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變較結(jié)構(gòu)改進(jìn)之前的應(yīng)力、應(yīng)變有所減小。進(jìn)一步證明了這種新型弧弦主梁結(jié)構(gòu)形式不僅改善了應(yīng)力、應(yīng)變的大小和分布狀況，并且有很大的設(shè)計(jì)余量，在符合設(shè)計(jì)的前提下，可以對(duì)主梁的尺寸優(yōu)化，達(dá)到節(jié)約鋼材、降低制造成本的目的，更為起重機(jī)的輕量化發(fā)展和主梁的新式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了參考。

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