某3T門(mén)式起重機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)有限元分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u15344某3T門(mén)式起重機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)有限元分析案例 1176921.1有限元原理介紹 1246421.2橫梁有限元分析 1101771.3支腿有限元分析 91.1有限元原理介紹在實(shí)際工程計(jì)算中，傳統(tǒng)計(jì)算方法的誤差會(huì)因人為因素造成，過(guò)于簡(jiǎn)單的邊界條件和和結(jié)構(gòu)模型也會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際數(shù)值相差較大，因此計(jì)算結(jié)果的精度不高。根據(jù)工業(yè)發(fā)展的需要，提出了有限元法。自上世紀(jì)初有限元思想提出以來(lái)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，有限元方法的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到流體力學(xué)、導(dǎo)熱學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域。理論上也比較完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，研究人員開(kāi)發(fā)了Ansys、Abaqus等優(yōu)秀的有限元軟件[23]。有限元法是以計(jì)算機(jī)為手段，以變分原理為理論基礎(chǔ)發(fā)展的近似計(jì)算分析方法，將連續(xù)結(jié)構(gòu)分割為有限數(shù)量的離散單元近似于整體，對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和問(wèn)題的分析是非常有效的工具其基本思想是將連續(xù)結(jié)構(gòu)離散成由有限元組成的離散體。各單元通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的傳輸，對(duì)各單元的交接面進(jìn)行位移調(diào)整，通過(guò)力的平衡條件構(gòu)建線性方程組，求各單元和節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力和位移[24-27]。金屬結(jié)構(gòu)是門(mén)式起重機(jī)的重要結(jié)構(gòu)支撐，承擔(dān)著承受和傳遞各種工作載荷、自然載荷和自重載荷的作用，占整機(jī)總重的六成以上，且它的使用時(shí)間將直接決定門(mén)式起重機(jī)的工作壽命。本論文以3t簡(jiǎn)易門(mén)式起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，釆用有限元軟件Ansys對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化建模，并進(jìn)行靜態(tài)分析，觀察其不同工況下受力情況，驗(yàn)證設(shè)計(jì)可行。在起重機(jī)的靜力分析中，就起重機(jī)的強(qiáng)度失效形式而言，主要有屈服和斷裂兩種。相應(yīng)的強(qiáng)度破壞理論也可分為兩類(lèi)。第一類(lèi)是用力來(lái)解釋斷裂破壞，分別對(duì)應(yīng)于最大拉應(yīng)力理論和最大伸長(zhǎng)線理論。第二類(lèi)用于解釋屈服破壞，對(duì)應(yīng)于最大剪應(yīng)力理論和變形能密度理論。這是材料力學(xué)知識(shí)中的四種強(qiáng)度理論。1.2橫梁有限元分析起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)是整機(jī)的重要組成部分，其強(qiáng)度和剛度對(duì)整個(gè)起重機(jī)的安全性和性能有重要影響。因此，為了確保整個(gè)設(shè)備的安全可靠，利用有限元分析軟件對(duì)主梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度分析是非常必要的。分析結(jié)果比常規(guī)計(jì)算方法更加準(zhǔn)確可靠，能得到常規(guī)方法難以獲得的局部應(yīng)力和變形分布規(guī)律。1.2.1小車(chē)滿載位于中間位置根據(jù)工況設(shè)計(jì)，在Ansys軟件中具體操作流程如下：（1）定義單元類(lèi)型圖6橫梁?jiǎn)卧?lèi)型設(shè)定（2）設(shè)置單元選項(xiàng)：默認(rèn)情況下Elementbehavior只輸出扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，不輸出剪力產(chǎn)生的切應(yīng)力，因此，需做如下修改，改成三次形函數(shù)和輸出剪應(yīng)力。圖7橫梁?jiǎn)卧x型的設(shè)置（3）定義截面圖8橫梁模型截面的設(shè)置（4）設(shè)置材料屬性圖9橫梁材料屬性設(shè)定（5）其余參數(shù)確定圖10橫梁在Ansys中相關(guān)設(shè)定（6）確定材料屬性選用Q235鋼作為橫梁和支腿的材料，彈性模量E=200Gpa，泊松比v=0.3，比例極限σp=200mpa，許用應(yīng)力（7）建立幾何模型并施加約束與作用力圖11橫梁在Ansys中幾何模型與約束由理論計(jì)算可知，在橫梁兩端施加約束，在（0，1950，0）、（0，3050，0）兩點(diǎn)處施加力，進(jìn)行求解（8）求解圖12起重機(jī)橫梁中間滿載正應(yīng)力求解云圖由上圖可以看出，最大正應(yīng)力位于橫梁跨中下部，其值為σmax圖13起重機(jī)橫梁中間滿載切應(yīng)力求解云圖圖14起重機(jī)橫梁中間滿載撓度求解云圖由上圖可知，撓度最大處位于橫梁跨中，其值為y中（9）對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析由理論計(jì)算及仿真分析結(jié)果可知，橫梁中的剪應(yīng)力非常小，可以忽略不計(jì)。接下來(lái)分析正應(yīng)力及撓度。表4-1仿真結(jié)果與計(jì)算結(jié)果比較正應(yīng)力（MPa)撓度（mm)理論計(jì)算結(jié)果72.45.072有限元仿真結(jié)果72.4015.38644有限元結(jié)果與理論結(jié)果比較的誤差0.0014%6.19%由上表可以看出，理論計(jì)算的結(jié)果與有限元仿真的結(jié)果較為符合，說(shuō)明仿真的結(jié)果比較可靠，同時(shí)，正應(yīng)力及撓度都小于許用值，說(shuō)明強(qiáng)度及剛度都滿足條件。1.2.2小車(chē)滿載位于邊緣位置僅受力點(diǎn)不同，其余部分與上面一致。求解結(jié)果云圖如下所示：圖15起重機(jī)橫梁邊緣滿載正應(yīng)力求解云圖由上圖可以看出，最大正應(yīng)力位于橫梁跨中偏左位置的下部紅色區(qū)域，其值為σmax圖16起重機(jī)橫梁邊緣滿載切應(yīng)力求解云圖圖17起重機(jī)橫梁邊緣滿載撓度求解云圖由上圖可以看出，滿載小車(chē)位于邊緣位置時(shí)的正應(yīng)力及撓度明顯小于滿載小車(chē)位于跨中時(shí)的正應(yīng)力及撓度，所以符合要求。1.3支腿有限元分析針對(duì)支腿部分受力的有限元分析操作流程，如上述對(duì)橫梁的分析過(guò)程，得到求解結(jié)果如下：圖18起重機(jī)支腿在Ansys中模型圖19起重機(jī)支腿正應(yīng)力求解云圖由上圖可以看出，最大正應(yīng)力位于支腿上端橫梁中部紅色區(qū)