基于ANSYS的起重機(jī)關(guān)鍵件強(qiáng)度及模態(tài)分析

凌萬春

（中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山西 太原 030051）

1 問題描述

橋式起重機(jī)在吊裝場(chǎng)所隨處可見，在起吊重物時(shí)對(duì)梁的強(qiáng)度有一定的要求，尤其是在起吊時(shí)有動(dòng)載荷，故必須充分考慮到動(dòng)載的影響。本次分析僅考慮靜力強(qiáng)度，進(jìn)行模態(tài)分析是為了以后進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析做準(zhǔn)備。針對(duì)橋式起重機(jī)，對(duì)其結(jié)構(gòu)和起吊梁的截面參數(shù)進(jìn)行分析。橋式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖和工字梁截面示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 工字梁截面示意圖

2 問題分析

對(duì)工字梁力學(xué)模型進(jìn)行簡化，便于ANSYS有限元分析。將起吊梁的受力狀態(tài)簡化成其自身的重力G和被吊物體重力W的疊加，將重力G處理成均布面壓力q1，q1＝0.016N/mm2；被吊物體的重力W處理成均布面壓力q2，q2＝6N/mm2，以中間截面為中心，將q2分為兩部分。工字梁受力簡化示意圖和載荷以及邊界條件示意圖如圖3、圖4所示。

3 工字梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析和模態(tài)分析

3.1 強(qiáng)度分析

3.1.1 實(shí)體建模和劃分網(wǎng)格

基于ANSYS軟件創(chuàng)建工字梁實(shí)體模型并劃分網(wǎng)格。工字梁實(shí)體模型和有限元網(wǎng)格模型如圖5、圖6所示。

圖3 工字梁受力簡化示意圖

圖4 工字梁載荷以及邊界條件示意圖

3.1.2 施加載荷

在創(chuàng)建的面上施加邊界條件是為了約束所有的自由度，上表面整體施加均布重力q1，在中間創(chuàng)建的兩個(gè)面上施加均布載荷q2，實(shí)際完成后模型如圖7所示。

圖5 實(shí)體模型圖

圖6 有限元網(wǎng)格模型圖

圖7 載荷以及邊界條件模型圖

3.1.3 求解和后處理

設(shè)置求解方式為從當(dāng)前載荷步開始求解，得出應(yīng)力分布、位移分布結(jié)果圖，如圖8、圖9所示。

圖8 第四強(qiáng)度理論應(yīng)力分布圖

圖9 y軸位移分布圖

3.2 模態(tài)分析

分析類型選項(xiàng)設(shè)置為12階模態(tài)分析，并從當(dāng)前步開始求解。在通用后處理模塊中查看各階模態(tài)的動(dòng)畫，得出各階模態(tài)形態(tài)圖，9階～12階模態(tài)如圖10所示。

4 結(jié)語

以起重機(jī)的工字梁為關(guān)鍵件，并根據(jù)起重機(jī)的實(shí)際工作情況，對(duì)該構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度與模態(tài)分析，得出以下結(jié)論：①在正常狀態(tài)下，受力點(diǎn)為工字梁中間處；②在實(shí)際工作過程中，橫梁受力狀態(tài)復(fù)雜，在多次、變化的載荷作用下，設(shè)計(jì)時(shí)可結(jié)合疲勞敏感曲線，通過改進(jìn)局部結(jié)構(gòu)或提高材料的力學(xué)性能來提高構(gòu)件的可靠性。

圖10 9階～12階模態(tài)圖

［1］徐激主.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

［2］王復(fù)興，孫東華.材料力學(xué)［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2001.

［4］童秉樞.機(jī)械CAD技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1996.