基于ANSYS的轮式起重机车架结构的有限元分析

基于ANsYS的轮式起重机车架结构的有限元分析 陆一凡-，张宏生，：，刘士明· (I喑尔滨IⅡ^学机自I程学院，黑龙#镕$滨l钟∞j 2喑尔滨I业大学±木I程学院，黑龙口暗尔滨1500帅) 【摘要1利用ANsYs的APDL语言编制自动n日《序，对OLY65Ⅲ轮式起晕机车架进行自动建i 横刷加载和求解：对车裂各个连接部分运用节点自由庭耦合技术盛行模拟．井自动进行后处理判断支 睫的受力情况及Il箅结果。对同类结构∞有限元建模厦^学分析具有根好的参考竹值。 [美键目]轮式起重机．有限i法．板壳站挎；ANsYs；^P乩 【中国*娄目】TH2136 [文献标识日JB [i章编号Jlo。l一554×(20IIJ州—∞98一蚪 The自n岫eIementanalvsisof岫e曲mctu仲s0ftnwheeledcranebasedoⅡANSYS LuYr胁，zH^№魄一5h”自LⅢshfⅧ昭 轮式起重机车柴是一种典犁的复杂板壳结筒， 在丁程实际中姻常需要采用有限兀法进行山学分 析。本文以0LY65轮式起重机车架为例．以有限 元分析软件ANsYs为平台，运用APDL语音进 行有跟元参赞化建模．并给出了一些有实用价值 的建模技巧。 l车架有限元模型的建立与分析 l l单元的选择和连接结构悻的处理 对f：轮式起蕈机车桨这种由薄板焊接而成的箱 硎结掏，通常选用板壳竹元来模拟、GB丌38Il一 2008《起重机 设计规范 民用建筑抗震设计规范配电网设计规范10kv变电所设计规范220kv变电站通用竖流式沉淀池设计 》巾明确规定不考虑钢材的 塑性利用．所以通常有限元分析中采用线弹性板 壳单元Sh酬63和skⅡ93，其单元属性对比如表l 所爪。 i】振壳单is№I啪目shcll93∞№轻 1}博j1算 ∞Ⅲ螗＆『单E 单≈*g 阶№ 耩＆ 镕月 m* shdl∞4*点口mm‰％ 十 低 f# sMj"3m日a∥一趺 g 高 由于车架结构通常不存在曲线边界．偶尔存在 某些有限数日的倒角．如采片{圳蚂申70将使计算 费用』=九提高，甚至影响计算机正常计算，因此奉 文采用删63译兀，并对恻角处进行单元细分 QLY65轮式起重机车架主要m转台、主粱和 活动盘腿2个部分组成+其结构如图l所币。 囤l轮t自tm车女捶§ 在宴际工作巾．转台与主粱是通过回转支承进 行连接．}^动盘腿在主粱的同定支腿tp滑动，并逋 过油缸伸缩进行旖节。在ANSYS建横-1一，必须解决 各部件的连接问题。如果采州ANsYs中的接触单元 来分析，其模型的单元数龃太．接触点对很多，而 上L接触分析问题属于非线性问题，求解过程必须进 行反复迭代计算。另外，宴际结构中的接触特性不 是根州确，采用接触分析#准确性也小能保证．为 此运用节点自南度精台技术来模拟各个连接部分的 接触问题。 [《稿日期]20LOl223 [am≈#im宏±．☆≈*In女}n自1日#￡412镕箱 万方数据 枉转轩’ji：豢l：分刺越z一个网简结拇来榄 拟叫转立琅．迎廿棚☆对墟口^的平动自㈨《束 艇拟轮式起1R机旧r作状态：浙曲直雕‘_上站在 【忭时．杠Je接触部j}进行全酃rJ凼度揣舟。在 ANsYs’h硒常使ⅢcPcPcYc和cP】NTF这 3条命令进行耦舟{*柞命令的对盹如爱2所爪。 率盘-l，小菇篮“cE为代矗的艇杂的约求打矬命 夸．使卅鹕台命々即-|『满足螫求， l”## 自々目# ‰^ ％e*^"$¨』fI=《★mH∞ⅢⅢmⅫ|cr H止‘jH^，【拉郴☆ ∞m“m 埘口^编”十剌rfl前∞R №女rl自*☆ #^^I‘*Ⅻ“*{¨”Ⅲl：H¨^n∞Amrmm 内∞口^n自龋舟 ∞nIH内 c虻，c 本文一l-使卅cPcYc命令米牺合揽盟梅亚简便 而有教书委墙需岈找刽节点时之问的盖最，对 于艇拟回转支乐的嘲简结掏．一Ⅱ以通过控制线分 段数H枉柱书怀F使川clcYc命々进行r1动 辑舟：埘于盘腿和宅桨n9埽☆．埘过将埚台面划分 栩I目的单元样式和擀崖，在倚卡自、啦标系F使Ⅲ cpcYc命令进行自曲耦台． 1 2参数化进行有限元模型的建立 ^PDL妊种ANsYs■趺开矬沿。i其iⅢu 格式 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 类似】：FORTRAN过捌式编种讲弃．J}打顺 序，判断、铺环≮卅匈格式包含予程序．-tf“ 赏现罄数传递．ANsYs的建礁分为直接建横和立 体建模。直接建模是指直接生成”点和单元．这 种方法通常ⅢJ措柑式结拇f^l小适川于复杂模 型的扳壳进攥．对r牢禁这种复杂的扳壳结构通 常选川实傩建攘先进行儿何il}榄．{#将几何艇 删离啦为肯陬兀列格．彤成H点和竹瓦。几何建 髓打浩z分为自底向l’和自麒向F．自晦向l。是 指先建^低级闭儿．冉建立高级陌兀．例如先建 立盖键点和线柬创建删；n碘向下址{{i先创建高 级网兀『{动创建跗地的低级蹦兀．例如直接创 建面．n：刨建咧岫吲时．自功刨埋父键点和线 一般这两种订法混☆使Ⅲ．能蜓加哲艘地创硅钉 融元艇掣 参数化廿群tl-包括结柑M-j每数、结构形式 錾敢、蛾菏参敬吼灶建{5l过张巾幅，时川划的磬数． 群刚尘时来佯存站掏M寸参数包括K宽高 等；结构形式磬数乜括土粱t¨筋扳数日，丰粱和 转台相对角班并：拽菏磬敦包括计算静载或动载 起，|速噬、吊呕等ANsYs巾通丘f呼码来管理宴 体懈螂芙键点口翱删q等这些母口}柱迎填过 程巾需要被引川．水tⅡ避篼地需璎使川前尔操作． 1nl柑自：撵作后的母码H有小町地知中￡．例如呵粘 台搬忭后．血呼和戈链点寸郝将发生变化为r 避免谜种不确定性，尽址使Ⅲ位置盖j萤敷实体 避免使州号码n使川呼码时．小舞窿接使用常 时母码．mi晡用迁过伸置选职闭儿．僻抛+驿I命 令扶取该q抖．Jf将泼0码保打在坚艟巾再使脚． 这佯啼尔撵忭或精q鹕fE缔命令拂不影响秤序的 运}r 参照上述讨沧绾丐转台、主柔和支膻结构 畦模的命令漉文件文作名分荆为：出u相嘶 mac、曲u1I和Pmac和zhlmlmc．jf将史什存储在 ANsYs的接常路径卜I对上述文件进行撵作．聚 后隹成牟裂的打限，c梗型．^-架结掏的上蠼Kq 均赏现r参数化．最终柏有限“模制如罔l所小． 艇州JE有节点202217十，单兀204267个。 l 3载荷与约jE的确定 (1J载荷的劬定。 ¨1 rOLY研轮式起讯机的督壤为桁帮结构． jC}l葬址承m呵内著名的通JH啊限元软件sAP84． j‘施加的主要拽甜打：结心的n哐藏衙、配币、 M蔽菏、吊重及结均的惯性拽掎等，将这蝗拽菏 进{r组合．利Ⅲs^P84进行iI算．输{i{4种水 同幅度和吊畹的薮荷纰台史件．仆刺为b们0I、 I吼‘102、lo瑚3和】o州04利用APDL语占*f文作 2011伽【t)孵 万方数据 进行瞎取，分别施加在转弁上对雎的也置．从【仃『 确定乍架结构载简， (2】结椅约束的处理； 如图l所不，约糸活动支腿底部接触点的x y、z3个方向的平动自由度和绕x，y、z3个宵Im 的转动nm度。由1：正常工作时可能足3点腿受 力，也可能是4个支腿全部受力．州此具体计算 时，先接4个支腿全部工作时考虑．即4十支腿 垒部施加约粜经计算求解后．倘若某个盘腿 反力为负值．说明此支腿和工作时L经离地，故 需解除约束．秉新【1算，利州APDL语吉编制程 序，实现自功耻理约束。 2自动后处理 肖^NsYs求解器完成求解后，“I以使用 ^njsll、∞stl2条命令进凡ANsYS后处理器。在 后处理群中．IⅡ以获舣模型计算后梅种结果信息。 21结构约束的自动处理 为检验结梅约求的正确性．利用APDL语占 编制自动处理程序，捌断支睫反力．从而正确判 定支腿帕受力状态。 首先利用循环语q·do取H14个约求点的支 反力，储存于数纽变位Ⅲ＆中，井将最小的支 厦力值取出．赋值给蹙螭l—岫＆。其巾】—n出n储 存4个约束节点的口点号，然后利用H语句进行 判断．如果Lmmh<0释放苴约束．只约束其他3 个H点．啦新求解；胥则·4判定初始约束为证确 100建i■“ 的受力状态。 22计算结果的获取和输出 为了箍骏轮式起重机卞架会屈结掏的强度和 刚度．需要获取计算小的最大随力翔最大位移． 斋蛰借助J‘ANsYs巾2个命令+壮￡和emble，通 过这2条命令可以获取数据岸巾枘新打数据．仆 进行必要的计算， 在ANsYs巾计算的结粜史什通常是姒网形的 格式表示的，并以刚片进行保存．因此．利用APDL 语言绘制各种}|箅结掏的图形文件，然后进行自动 像存。通常青3种A法获取I目片，罔片类碾也仃许 多种，如鹏、hT】p饿“鹏嘲片类型为制打／ 蜘MJ曙格式；札。啊，sa豫J诧格式；向噼女嵋 瑚锄E，鹏_I}}式。将mm口、循环咄、条件+Ⅱ、 ·暇和e挑等APDL命々结合使用．就能对计算结 果进行批鲢处理．从而完成自动获取结果。 3计算结果 利用^NsYs时OLY65轮式起晕机牟架结构 的4种载荷绑合TM计算结果进行分析和比较。 限于篇幅，丰文只列出戴荷组合T乱l午架结构 的汁箅结果。轮式起重机车枭结构中的上车，主 粱和活动支腿的位移云罔和MlsEs应力云罔如同 24所示。图2a和2b分gq为车架转台的变形图和 MIsEs廊力云图：网3a和3b分别为车架主粱的 变形罔和MIsEs应力云图；图4a和4b分刑为车 架活动支腿的变形隔和MIsEs应力西罔。 ‘略 目2$*#自∞§*目№MlsEs豆ni目 万方数据 一一 目j车g±％∞§Ⅳ目目MIsEs＆^i目 卜。卜 目4$*i∞i月的§*目自M『sEs＆^i目 根据以上汁箅结果町知．最大应力为啪7胁， 位于主粱上周定点腿’弼动支腿的措接处，见图抽 所示=显然其值与宴际情况小符，原嘲足将同定支 腿与恬动盘腿进行节点鹕台所致而根据圣维南原 理这样处理小会对其芒部位的结粜产生影响。另 外廊力Il_{较^的M域是回转支最座嘲与主梁上盖 板女4接周f1；【，见辟I轴所示．躲眦的应力均小r 许用席力，符合起重H【设计规范的要求。 4结论 (¨运用ANsYs巾的APDL二次开发滑占对 复杂板壳结构进行毒数化有限兀模型，时论建模 方法和建模过程中血注意的Jq题，并给出一些建 模技巧对同娄结构的秆限兀建横及力学分析有 很好的毒弩价值： 【2)通过对OLY65轮式起面机车架进行有限 冗分析．得出府力摄人值位J：括动支腿与嗣定支 删搭接址+从实际使用情况看，这些位置的确是 容易m现危险的地方．从而为实际醴}f提供有价 值的磬警。 雹 201104f±)101 万方数据 基于ANSYS的轮式起重机车架结构的有限元分析 作者： 陆一凡， 张宏生， 刘士明， LU Yi-fan， ZHANG Hong-sheng， LIU Shi-ming 作者单位： 陆一凡,刘士明,LU Yi-fan,LIU Shi-ming(哈尔滨工业大学,机电工程学院,黑龙江,哈尔滨 ,150001)， 张宏生,ZHANG Hong-sheng(哈尔滨工业大学,机电工程学院,黑龙江,哈尔滨 ,150001;哈尔滨工业大学,土木工程学院,黑龙江,哈尔滨,150090) 刊名： 建筑机械（上半月） 英文刊名： CONSTRUCTION MACHINERY 年，卷(期)： 2011(4) 被引用次数： 1次 本文读者也读过(2条) 1. 苗明.高原.Miao Ming.Gao Yuan 起重机伸缩臂的Ansys二次开发[期刊论文]-起重运输机械2011(3) 2. 马霄 基于ANSYS的旋臂起重机金属结构的应力分析[期刊论文]-煤矿机械2004(2) 引证文献(1条) 1.胡科皓 轮式起重机的历史及应用[期刊论文]-中国科技博览 2012(5) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jzjx201104025.aspx