MG80/5t龍門吊有限元結(jié)構(gòu)分析

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　　一、ANSYS單位

　　無論使用哪種ANSYS單元，都離不開對單位的統(tǒng)一。ANSYS本身不進(jìn)行單位的換算，默認(rèn)用戶使用的單位制是統(tǒng)一的。一般可從量綱分析出發(fā)，將單位統(tǒng)一或匹配。常用單位制及其換算見表5-5。

　　二、梁殼單元計(jì)算

　　Beam梁單元在MG80/5t龍門吊的應(yīng)用主要體現(xiàn)在方案設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)或者大型復(fù)雜截面，計(jì)算后提取節(jié)點(diǎn)載荷便于后續(xù)**單元的分析。結(jié)構(gòu)的細(xì)化設(shè)計(jì)除需要得到*大應(yīng)力、*大剛度值以外，還需得到結(jié)構(gòu)的局部應(yīng)力分布情況以及了解結(jié)構(gòu)交匯處是否存在應(yīng)力集中等。顯然，在該階段梁單元的計(jì)算精度已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)需求，而ANSYS在殼單元的建模方面較為復(fù)雜(尤其針對大噸位MG80/5t龍門吊的主梁)，因此采用Workbench的概念建模方式(梁殼組合單元)進(jìn)行類似產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)有限元模型建模進(jìn)行有限元分析更符合MG80/5t龍門吊結(jié)構(gòu)的分析。由于篇幅所限，有關(guān)梁殼組合單元參考其他有限元專業(yè)書籍，在此不做梁殼組合單元的應(yīng)用介紹。

　　三、模型簡化與載荷

　　由于MG80/5t龍門吊主結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，建立ANSYS有限元模型無法將所有的因素都考慮進(jìn)去，因此需要對歐式機(jī)進(jìn)行必要的簡化和合理假設(shè)，建立能較為真實(shí)地反映其實(shí)際工作狀況的有限元分析模型，又有利于有限元分析計(jì)算。如，大車主梁、大車端梁、小車架的主結(jié)構(gòu)截面單一，可采用梁單元的矩形截面建模。

　　(1)主梁兩側(cè)的欄桿平臺、電纜支架、主梁縱筋、主梁隔板等以均布載荷或重量補(bǔ)償?shù)姆绞绞┘樱姎夤竦容^為集中的部件可作為質(zhì)量點(diǎn);

　　(2)吊載是加載在小車架上的，載荷通過車輪傳遞到主梁的軌道上;對于中軌梁結(jié)構(gòu)以集中載荷直接施加，而對于偏軌載荷則需要除集中載荷外施加相應(yīng)的彎矩;

　　(3)需要注意的是重力加速度的方向與實(shí)際是相反的。

　　四、材料屬性

　　MG80/5t龍門吊的大部分結(jié)構(gòu)由鋼板焊接而成，由于有限元模型的建立是理想化的，而且在不影響精度的前提下做了一定的力學(xué)簡化，造成模型的重量與實(shí)際的重量存在偏差，所以在加載載荷時(shí)應(yīng)考慮對重量進(jìn)行補(bǔ)償。常用的補(bǔ)償方法有重力加速度補(bǔ)償、密度補(bǔ)償和質(zhì)量補(bǔ)償，即在模型中相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上增大重力加速度、增大材料的密度或設(shè)置質(zhì)量元。本章中選用的是密度補(bǔ)償法。模型總質(zhì)量為m，實(shí)際整機(jī)的總質(zhì)量為m′，則補(bǔ)償后的材料密度?，彈性模量為E，泊松比為μ=0.3;由于MG80/5t龍門吊兩根主梁所帶有的附件不同，在建模時(shí)應(yīng)分別予以考慮不同的補(bǔ)償值大小。

　　五、邊界約束

　　根據(jù)實(shí)際情況，MG80/5t龍門吊大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)車輪的ANSYS力學(xué)約束及支撐按以下模式考慮。

　　(1)由于車輪輪緣與軌道的接觸，支撐輪在大車運(yùn)行方向被約束;

　　(2)由于車輪與軌道之間不允許有相互脫離，故支撐輪在地面垂直方向被約束;

　　(3)由于橋機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的四處車輪中*少有兩處是主動(dòng)輪，另兩處為從動(dòng)輪，所以在大車運(yùn)行方向的另一側(cè)車輪被約束，另一側(cè)被釋放;

　　(4)由于大車和支腿及軌道之間的連續(xù)性，各支撐輪在大車運(yùn)行方向和垂直地面方向的轉(zhuǎn)動(dòng)被約束，而小車運(yùn)行方向的轉(zhuǎn)動(dòng)是自由的。

圖5-3約束自由度