基于ansys的橋式起重機(jī)主梁優(yōu)化設(shè)計(jì)

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1、基于ANSYS的橋式起重機(jī)主梁優(yōu)化設(shè)計(jì)本文由blueschris貢獻(xiàn)pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。工程與技術(shù)基于ＡＮＳＹＳ的橋式起重機(jī)主梁優(yōu)化設(shè)計(jì)□馮俊蓮(中鐵武橋重工股份有限公司湖北·武漢430052)摘要：針對現(xiàn)行主梁設(shè)計(jì)中存在的結(jié)構(gòu)笨重、材料浪費(fèi)嚴(yán)重的問題，基于ANSYS平臺(tái)，構(gòu)造50t-30m橋式起重機(jī)桁架主梁模型，應(yīng)用ANSYS對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)和受力分析；以主梁各截面厚度為優(yōu)化變量，以強(qiáng)度和剛度指標(biāo)為約束，應(yīng)用ANSYS提供的優(yōu)化方法，進(jìn)行以主梁結(jié)構(gòu)輕量化為目標(biāo)的優(yōu)化計(jì)算，得到合理的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī)桁架主梁ANSYS優(yōu)化

2、中圖分類號：TM文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：1007-3973（2008）04-021-02的形狀（如正方形、三棱柱等）映射到不規(guī)則的區(qū)域（如畸變的四邊形、底面不是正多邊形的棱柱等）上面，它所收成的網(wǎng)格之間是呈規(guī)則的排列的，分析的精度也很高。但是，它要求劃分區(qū)域滿足一定的拓?fù)錀l件，否則就不能進(jìn)行映射網(wǎng)格劃分。一般情況下，ANSYS程序使用的默認(rèn)網(wǎng)格控制可以使用戶的分析模型生成足夠的網(wǎng)格以便于分析。在這種情況下，不必指定任何的網(wǎng)格剖分控制。但是，如果用戶使用網(wǎng)格剖分控制，則必須在對實(shí)體模型網(wǎng)格剖分之前設(shè)置網(wǎng)格剖分控制。網(wǎng)格剖分控制容許用戶建立用于實(shí)體模型網(wǎng)格剖分的要素，如單元形狀、中間節(jié)點(diǎn)位置和用

3、于實(shí)體模型網(wǎng)格剖分的單元尺寸大小。單元網(wǎng)格劃分時(shí)要兼顧精度、經(jīng)濟(jì)性和計(jì)算容量。一般情況下，單元?jiǎng)澐衷郊?xì)、越接近真實(shí)求解區(qū)域，計(jì)算精度就越高，但隨之而來的可能是計(jì)算時(shí)間、費(fèi)用和內(nèi)存使用量的成倍增加，所以，必須綜合考慮各因素來恰當(dāng)?shù)卮_定單元的數(shù)目。1.3載荷處理通常將主梁作為簡支梁來研究，左端固定，右端簡支?？紤]最危險(xiǎn)工況即小車滿載位于主梁中央截面。加載時(shí)，還應(yīng)考慮主梁自重、小車起制動(dòng)產(chǎn)生的水平慣性力、風(fēng)載、作業(yè)系數(shù)、動(dòng)載系數(shù)等。載荷可以施加到幾何模型的關(guān)鍵點(diǎn)上，也可以施加到有限元模型的節(jié)點(diǎn)上。這兩種情況各有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。分別如下：施加在實(shí)體模型上的優(yōu)點(diǎn)是：通過圖形拾取來加載時(shí)，因?yàn)閷?shí)體較小

4、，所以施加時(shí)比在有限元模型上進(jìn)行要方便的多；模型載荷獨(dú)立于有限元網(wǎng)格，這樣就不必因?yàn)榫W(wǎng)格重新劃分而重新加載。缺點(diǎn)是：不能顯示所有的實(shí)體模型載荷；在關(guān)鍵點(diǎn)上的載荷很難施加上去；網(wǎng)格劃分命令生成的單元處于當(dāng)前坐標(biāo)系下面，而節(jié)點(diǎn)使用的是整體笛卡兒坐標(biāo)系。施加在有限元模型上的優(yōu)點(diǎn)是：因?yàn)檩d荷可以直接施加在主節(jié)點(diǎn)上，所以在簡化分析時(shí)不會(huì)有任何問題；可以簡單地選擇所有所需要的節(jié)點(diǎn)，并直接指定約束條件。缺點(diǎn)是：只要?jiǎng)澐值木W(wǎng)格有任何問題，需要?jiǎng)h除掉所有的或者部分的網(wǎng)格單元，重新劃分網(wǎng)格，則用戶必須刪除掉原有的載荷并在新收成的網(wǎng)格上面施加載荷；對于使用圖形拾取來加載，特別是在節(jié)點(diǎn)很多時(shí)，原來施加在一條線上的載

5、荷需要逐個(gè)節(jié)點(diǎn)來拾取，原來施加在一個(gè)面上的載荷需要逐個(gè)單元面來拾取，非常麻煩。無論如何，在開始求解之前，一定要保證所有的載荷施加在有限元模型上，只有這樣，求解器才可以進(jìn)行求解。采用有限元單元法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，50t-30m桁架以梁橋式起重機(jī)為研究對象，通過計(jì)算機(jī)仿真分析起重機(jī)主梁的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，找出最大應(yīng)力和最大變形處，然后在此基礎(chǔ)上，完成以結(jié)構(gòu)輕量化為主要目標(biāo)的優(yōu)化計(jì)算。１　　主梁結(jié)構(gòu)靜力分析ANSYS程序中的結(jié)構(gòu)靜力分析是用來計(jì)算在固定不變的載荷作用下結(jié)構(gòu)的效應(yīng)，即用于穩(wěn)態(tài)外載引起的系統(tǒng)或部件的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力。在本文中，結(jié)構(gòu)靜力分析的目的是找出原結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力和最大變形處，為

6、優(yōu)化設(shè)計(jì)作準(zhǔn)備。1.1有限元分析模型的建立本文研究的50t-30m桁架梁橋式起重機(jī)主梁橫截面為△截面，主弦桿為工字形型鋼，腹桿為角鋼，材料均為普通碳素鋼Q235，連接形式為焊接，所有構(gòu)件均采用可承受拉、壓、扭的梁單元beam188模擬。彎、參照現(xiàn)有的起重機(jī)系列設(shè)計(jì)，對常用的橋式類型起重機(jī)，桁架跨中高度h及寬度b可在下列范圍選?。篽≥（1/12～1/15）Lb≥（1/2～1/2.5）h式中，為桁架跨度。L根據(jù)本起重機(jī)的跨度30m,確定桁架△截面高度為2m、寬度為1m。結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。圖１　　主梁整體結(jié)構(gòu)1.2網(wǎng)格劃分在ANSYS程序當(dāng)中，網(wǎng)格劃分是在幾何模型建立好了之后、最終進(jìn)行求解之前完

7、成的，也就是說，它即可以防在加載之前，也可以防在加載之后。在ANSYS程序當(dāng)中，有限元的網(wǎng)格是由程序自己來完成的，用戶要做的就是通過給出一些參數(shù)與命令來對程序?qū)嵭小昂暧^調(diào)控”總的來說，。ANSYS的網(wǎng)格劃分有兩種。第一種是自由網(wǎng)格劃分，主要用于劃分邊界形狀不規(guī)則的區(qū)域，它所生成的網(wǎng)格相互之間是呈不規(guī)則的排列的。常常對于復(fù)雜形狀的邊界選擇自由網(wǎng)格劃分。它的缺點(diǎn)是分析精度往往不夠高。第二種是映射網(wǎng)格劃分，該方法是