1引言[35]。在SolidWorksSimulation中生成新的算例，進(jìn)行有限元分析。基于模型的建立，分析運(yùn)算，即可以得到塔式起重機(jī)吊裝2t貨物時(shí)起重臂的靜態(tài)應(yīng)力分布圖和位移分布圖。定義材料和加載材料定義吊臂的材料為Q235鋼，密度為ρ＝7800kgm3，彈性模量E＝2.1?定義連接類型及夾具此處連接類型使用軟件默認(rèn)的全局“接合”接觸，接觸的效果相當(dāng)于實(shí)際生產(chǎn)中的焊接效果；在吊點(diǎn)所在的第二節(jié)和第六節(jié)兩個(gè)起重臂上定義高級約束，用來約束起重臂在接觸面法線上的向上移動(dòng)。定義起重臂上銷軸孔處為“固定幾何體”，這個(gè)夾具的作用在于把吊臂固定死，使各銷軸孔完全不運(yùn)動(dòng)。詳細(xì)設(shè)置參數(shù)見圖4-2。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s11材料參數(shù)圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s12定義連接類型及夾具參數(shù)施加載荷和約束整個(gè)起重臂是空間桁架結(jié)構(gòu)，受力不是簡單的線性關(guān)系計(jì)算，分析計(jì)算要占用電腦和人工較多的資源，所以進(jìn)行簡化。起重臂每節(jié)臂之間的銷釘聯(lián)接，都假定為固定部件，簡單快速求解。詳細(xì)載荷參數(shù)設(shè)置見圖4-3。塔式起重機(jī)所有約束參數(shù)見圖4-4。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s13載荷參數(shù)圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s14雙吊點(diǎn)塔式起重機(jī)約束條件參數(shù)有限元模型的建立在SolidWorksSimulation中，確定網(wǎng)格的大小時(shí)，尺寸越小，結(jié)果越準(zhǔn)確，但是相應(yīng)的解決規(guī)模增加，計(jì)算時(shí)間也會(huì)增加。采用二階四面體實(shí)體單元?jiǎng)澐謱?shí)體幾何體，每個(gè)單元有8個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)自由度。本分析采用實(shí)體網(wǎng)格，二階高品質(zhì)單元，其網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖4-5所示。圖圖STYLEREF1\s45起重機(jī)網(wǎng)格劃分結(jié)果計(jì)算結(jié)果分析雙吊點(diǎn)式塔式起重機(jī)水平截面的許用應(yīng)力為：σ其中：σs為材料的屈服極限，σs=220.594Mpa；n為安全系數(shù)，n=1.5（1）應(yīng)力結(jié)果分析吊重2t起重臂的塔式起重機(jī)模型SolidWorksSimulation分析得到的起重臂應(yīng)力分布云圖如圖4-6所示，由圖4-6可知仿真結(jié)果很接近。吊臂整體應(yīng)力分布均勻，起重臂與塔身接觸部分所受的應(yīng)力最大，這里使用的是大型的線性求解應(yīng)力來評估疲勞強(qiáng)度會(huì)更保守，同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)起重臂并沒有屈服。因?yàn)槠诜抡娴膽?yīng)力必須小于屈服極限，這是疲勞分析的必須條件。其最大應(yīng)力為100.6Mpa，沒有超出水平截面的許用應(yīng)力147.062Mpa。因此該起重臂是安全的。圖STYLEREF1\s46起重臂應(yīng)力分布云圖（2）位移結(jié)果分析Simulation分析得到的起重臂位移分布云圖如圖4-7所示。在2t的載荷力作用下，該平衡臂的變形量滿足塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)要求。起重臂的最大位移為3.376cm，發(fā)生最大位移的位置在起重臂的前端。位移量較小，不會(huì)引起大的變形。圖STYLEREF1\s47起重臂位移分布云圖（3）安全系數(shù)結(jié)果分析Simulation分析得到的起重臂安全系數(shù)云圖如圖4-8所示。由圖4-8可知，起重臂的最小安全系數(shù)為0.012。圖STYLEREF1\s48起重臂的安全系數(shù)分別云圖動(dòng)臂式塔式起重機(jī)起重臂的有限元分析過程在SolidWorksSimulation中生成新的算例，進(jìn)行有限元分析，得到動(dòng)臂式塔式起重機(jī)吊裝2t貨物時(shí)起重臂的靜態(tài)應(yīng)力分布圖和位移分布圖。定義材料和加載材料定義吊臂的材料為Q345鋼，密度為ρ＝7700kgm3，彈性模量E＝2.06?圖STYLEREF1\s49材料參數(shù)定義連接類型及夾具此起重臂與雙吊點(diǎn)塔式起重機(jī)起重臂使用一樣的默認(rèn)全局“接合”接觸。設(shè)定起重臂與塔身相接處的銷軸孔為“固定鉸鏈”特征，這個(gè)夾具使銷軸孔只能沿銷軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，類似生活中常見的“合頁”。詳細(xì)設(shè)置參數(shù)見圖4-10。施加載荷和約束起重臂與回轉(zhuǎn)構(gòu)件上部為銷釘聯(lián)接，可以假定為固定部件，以便于求解。詳細(xì)載荷參數(shù)設(shè)置見圖4-11。塔式起重機(jī)所有約束參數(shù)見圖4-12。圖STYLEREF1\s410定義連接類型及夾具參數(shù)圖STYLEREF1\s411載荷參數(shù)圖STYLEREF1\s412動(dòng)臂式塔式起重機(jī)約束條件參數(shù)有限元模型的建立在SolidWorksSimulation中，采用二階四面體實(shí)體單元?jiǎng)澐謱?shí)體幾何體。本分析采用實(shí)體網(wǎng)格，二階高品質(zhì)單元.，其網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖4-13所示。圖STYLEREF1\s413起重機(jī)網(wǎng)格劃分結(jié)果計(jì)算結(jié)果分析此塔式起重機(jī)水平截面的許用應(yīng)力為：σ其中：σs為材料的屈服極限，σs=345Mpa；n為安全系數(shù)，n=1.34（1）應(yīng)力結(jié)果分析SolidWorksSimulation分析得到的吊重2t起重臂應(yīng)力分布云圖如圖4-14所示，由圖4-14可以看出吊臂整體應(yīng)力分布均勻，起重臂與塔身接觸部分所受的應(yīng)力最大。這里使用的是大型的線性求解應(yīng)力來評估疲勞強(qiáng)度，結(jié)果會(huì)更保守，但是可以發(fā)現(xiàn)起重臂并沒有屈服，符合疲勞仿真的應(yīng)力必須小于屈服極限的這一條件。其最大應(yīng)力為174.4Mpa，沒有超出水平截面的許用應(yīng)力257.463Mpa圖STYLEREF1\s414起重臂應(yīng)力分布云圖（2）位移結(jié)果分析Simulation分析得到的起重臂位移分布云圖如圖4-15所示。2t的載荷作用在該平衡臂上的變形量滿足塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)要求。最大位移為6.340cm，發(fā)生在起重臂的前端，方向向下。此位移量較小，不會(huì)引起大的變形。圖STYLEREF1\s415起重臂位移分布云圖（3）安全系數(shù)結(jié)果分析Simulation分析運(yùn)行得到的起重臂安全系數(shù)云圖如圖4-16所示?？芍?，動(dòng)臂式塔式起重機(jī)起重臂的最小安全系數(shù)為0.01。圖STYLEREF1\s416起重臂的安全系數(shù)云圖5結(jié)論與展望結(jié)論與展望結(jié)論本文主要對動(dòng)臂式塔式起重機(jī)和雙吊點(diǎn)式塔式起重機(jī)的起重臂金屬結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析和三維建模。用理想的力學(xué)模型簡化實(shí)際結(jié)構(gòu)，包括起重臂本身的簡化，連接支點(diǎn)的簡化和作用載荷的簡化。通過簡化力學(xué)模型分析，計(jì)算起重臂的受力情況，穩(wěn)定性及強(qiáng)度。然后運(yùn)用SolidWorksSimulation軟件對這兩種起重臂進(jìn)行了有限元分析，得到了應(yīng)力、位移云圖和塔式起重機(jī)臂架的特性，從而證明塔式起重機(jī)起重臂金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。該設(shè)計(jì)表明：采用有限元分析，可以大大降低人工計(jì)算的強(qiáng)度，計(jì)算結(jié)果直觀準(zhǔn)確，可供塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)人員參考使用。本課題的主要結(jié)論如下：（1）本文對雙吊點(diǎn)臂架結(jié)構(gòu)建立合理的力學(xué)模型，分析了在2t吊重載荷作用下的各構(gòu)件的內(nèi)力以及起重臂的承載情況。（2）將三角形構(gòu)件截面等效慣性矩的等效計(jì)算以及分析方法進(jìn)行總結(jié)。格構(gòu)式構(gòu)件等效成實(shí)腹式構(gòu)件后，采用較簡單的長細(xì)比換算法計(jì)算得到慣性矩。（3）根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13752–2017進(jìn)行校核驗(yàn)證塔式起重機(jī)起重臂的強(qiáng)度，以此得到起重臂的內(nèi)力情況。（4）利用有限元分析法，得到位移云圖。分析結(jié)果表明：起重臂剛度、應(yīng)力、強(qiáng)度滿足使用要求。起重臂的最大應(yīng)力發(fā)生在與塔身連接處，為下一步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。綜上，有限元軟件仿真分析直接三維建模出來的幾何實(shí)體模型用有限元分析可以更好的反映出起重臂的受力和位移分布情況。與傳統(tǒng)的二維畫圖設(shè)計(jì)外加人工計(jì)算方法相比，運(yùn)用三維軟件設(shè)計(jì)更智能、更簡捷，節(jié)約了設(shè)計(jì)時(shí)間和成本，縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，大大節(jié)約了雙方的時(shí)間。展望未來起重機(jī)向大型、重載的方向發(fā)展，但由于時(shí)間所限，本文設(shè)計(jì)的塔式起重機(jī)僅是針對中小型的起重機(jī)。本文所得到的起重臂計(jì)算和仿真，所采用的模型均是在理想狀態(tài)進(jìn)行簡化的，與實(shí)際結(jié)構(gòu)因素，存有一定的差距。關(guān)于本論文中的兩種塔式起重機(jī)有下面三點(diǎn)展望：（1）本文對起重臂的靜強(qiáng)度與動(dòng)剛度進(jìn)行了簡化分析，還可對起重機(jī)其他部件及連接件進(jìn)行分析；（2）本文主要利用參數(shù)研究了起重臂穩(wěn)定性等性能，除了設(shè)計(jì)方面的研究，還可以研究安全方面的問題和疲勞強(qiáng)度方面的問題；（3）在此設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上還可以對其他金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后得到起重臂完整金屬結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；（4）此次建模過程中沒有考慮焊縫質(zhì)量對剛結(jié)構(gòu)的影響，是理想化的焊縫質(zhì)量，在今后的建模研究中加入考慮焊縫質(zhì)量的影響，從多方面精化模型。致謝參考文獻(xiàn)張潤利,孫建廣.工程機(jī)械專利信息之塔式起重機(jī)篇[J].工程機(jī)械文摘,200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