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基于ANSYS的起重機新型弧弦主梁力學(xué)分析論文
0 引言
門式起重機是一種搬運大型物料的起重設(shè)備，廣泛用于國民經(jīng)濟的各個部門，在現(xiàn)代化生產(chǎn)中占有重要地位。隨著門式起重機的使用范圍越來越廣，對其安全性能和力學(xué)性能也越來越重視。目前市場上的門式起重機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，因為這種梁-拱組合體系同時具備受彎和承壓的特點而廣泛應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是利用梁的受拉，來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，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對改進后的主梁進行力學(xué)分析。
1 新型弧弦主梁的結(jié)構(gòu)模型
新型弧弦主梁(以下簡稱新型主梁)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，就是在原來傳統(tǒng)主梁的基礎(chǔ)上，加設(shè)一弧形梁，中間通過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抵消弧在小車豎向載荷作用下產(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)
該門式起重機的跨度為22.5m，額定起升量Pg=30t，小車的輪距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度不小于其厚度的10倍，應(yīng)選用SHELL63單元。弧形梁和起連接用作的連桿采用BEAM188單元，該單元適用于應(yīng)力強化部分，符合弧形梁和接連桿的實際受載情況。建模過程中采用自下而上的方法，通過依次創(chuàng)建關(guān)鍵點、線、面等單元達到最終的建模效果。
2.3 邊界條件的設(shè)置和危險工況選擇
實際情況中，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，這樣能比較真實地模擬出主梁與端梁的連接。
根據(jù)理論力學(xué)和門式起重機工作的實際情況，能夠確定小車滿載制動，置于跨中時，主梁的應(yīng)變和所受應(yīng)力值最大，此狀態(tài)為門式起重機的最危險工況，應(yīng)該著重分析。為了使起重機正常、安全地工作，起重機主梁結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足強度和剛度的要求。對此類門式起重機應(yīng)按強度計算載荷-第二類載荷，即起重機按工作狀態(tài)最大載荷進行強度計算，應(yīng)選取可能出現(xiàn)對主梁最不利的載荷組合。
3 結(jié)論
通過對起重機主梁結(jié)構(gòu)改進前后的靜力分析結(jié)果的對比，發(fā)現(xiàn)新型主梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變較結(jié)構(gòu)改進之前的應(yīng)力、應(yīng)變有所減小。進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)計余量，在符合設(shè)計的前提下，可以對主梁的尺寸優(yōu)化，達到節(jié)約鋼材、降低制造成本的目的，更為起重機的輕量化發(fā)展和主梁的新式結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了參考。
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