基于ansys的橋式起重機主梁優(yōu)化設計

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2、052)摘要：針對現(xiàn)行主梁設計中存在的結構笨重、材料浪費嚴重的問題，基于ANSYS平臺，構造50t-30m橋式起重機桁架主梁模型，應用ANSYS對其進行結構和受力分析；以主梁各截面厚度為優(yōu)化變量，以強度和剛度指標為約束，應用ANSYS提供的優(yōu)化方法，進行以主梁結構輕量化為目標的優(yōu)化計算，得到合理的優(yōu)化結構。關鍵詞：橋式起重機桁架主梁ANSYS優(yōu)化中圖分類號：TM文獻標識碼：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，它所收成的網格之間是呈規(guī)則的排列的，分析的精

3、度也很高。但是，它要求劃分區(qū)域滿足一定的拓撲條件，否則就不能進行映射網格劃分。一般情況下，ANSYS程序使用的默認網格控制可以使用戶的分析模型生成足夠的網格以便于分析。在這種情況下，不必指定任何的網格剖分控制。但是，如果用戶使用網格剖分控制，則必須在對實體模型網格剖分之前設置網格剖分控制。網格剖分控制容許用戶建立用于實體模型網格剖分的要素，如單元形狀、中間節(jié)點位置和用于實體模型網格剖分的單元尺寸大小。單元網格劃分時要兼顧精度、經濟性和計算容量。一般情況下，單元劃分越細、越接近真實求解區(qū)域，計算精度就越高，但隨之而來的可能是計算時間、費用和內存使用量的成倍增加，所以，必須

4、綜合考慮各因素來恰當?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]最危險工況即小車滿載位于主梁中央截面。加載時，還應考慮主梁自重、小車起制動產生的水平慣性力、風載、作業(yè)系數(shù)、動載系數(shù)等。載荷可以施加到幾何模型的關鍵點上，也可以施加到有限元模型的節(jié)點上。這兩種情況各有各自的優(yōu)點和缺點。分別如下：施加在實體模型上的優(yōu)點是：通過圖形拾取來加載時，因為實體較小，所以施加時比在有限元模型上進行要方便的多；模型載荷獨立于有限元網格，這樣就不必因為網格重新劃分而重新加載。缺點是：不能顯示所有的實體模型載荷；在關鍵點上的載荷很難施加上去；網格劃分命

5、令生成的單元處于當前坐標系下面，而節(jié)點使用的是整體笛卡兒坐標系。施加在有限元模型上的優(yōu)點是：因為載荷可以直接施加在主節(jié)點上，所以在簡化分析時不會有任何問題；可以簡單地選擇所有所需要的節(jié)點，并直接指定約束條件。缺點是：只要劃分的網格有任何問題，需要刪除掉所有的或者部分的網格單元，重新劃分網格，則用戶必須刪除掉原有的載荷并在新收成的網格上面施加載荷；對于使用圖形拾取來加載，特別是在節(jié)點很多時，原來施加在一條線上的載荷需要逐個節(jié)點來拾取，原來施加在一個面上的載荷需要逐個單元面來拾取，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

6、可以進行求解。采用有限元單元法和優(yōu)化設計方法，50t-30m桁架以梁橋式起重機為研究對象，通過計算機仿真分析起重機主梁的強度、剛度和穩(wěn)定性，找出最大應力和最大變形處，然后在此基礎上，完成以結構輕量化為主要目標的優(yōu)化計算。１　　主梁結構靜力分析ANSYS程序中的結構靜力分析是用來計算在固定不變的載荷作用下結構的效應，即用于穩(wěn)態(tài)外載引起的系統(tǒng)或部件的位移、應力、應變和力。在本文中，結構靜力分析的目的是找出原結構的最大應力和最大變形處，為優(yōu)化設計作準備。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

7、為普通碳素鋼Q235，連接形式為焊接，所有構件均采用可承受拉、壓、扭的梁單元beam188模擬。彎、參照現(xiàn)有的起重機系列設計，對常用的橋式類型起重機，桁架跨中高度h及寬度b可在下列范圍選取：h≥（1/12～1/15）Lb≥（1/2～1/2.5）h式中，為桁架跨度。L根據本起重機的跨度30m,確定桁架△截面高度為2m、寬度為1m。結構模型如圖1所示。圖１　　主梁整體結構1.2網格劃分在ANSYS程序當中，網格劃分是在幾何模型建立好了之后、最終進行求解之前完成的，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程序當中，有限元