双梁桥式起重机及车载起重机有限元分析

湖南大学课程考核报告

HUNAN UNIVERSITY

现代设计方法及应用

课程报告

一、基于ansys的50t双梁桥式起

题

学学专任

生生业课

姓学班老

目 重机结构有限元分析

二、工程车起重机有限元分析

名 号 级 师

S1302W1028 现代设计方法及应用

2014 年11 月 8 日

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一、 题目：基于ansys的50t双梁桥式起重机结构有限元分析

表1 起重机设计参数

起重机建模基本参数：

1.1桥架尺寸B6m，端梁全长B'7m 1.2主梁尺寸

总高度：H12032mm 主梁宽度：B1678mm 主梁边截面长度：d4050mm 1.3端梁尺寸：

端梁高：H2810mm

端梁宽度：考虑大车轮安装，端梁内宽B2372mm。 端梁上盖板：116mm 中部盖板：116mm 头部上盖板：220mm 腹板：38mm 主端梁的连接

主端梁采用焊接连接，端梁为拼接式。

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二、 有限元分析

2.1 建立模型

2.1.1 基本参数

跨度31.5m，小车轨距2.5m，小车轮距3.1m，盖板宽750mm，腹板高2000mm，上下盖板厚16mm，主副腹板厚6mm

2.1.2 定义材料属性

分别选用SOLID185和SHELL63。SOLID185用于建立小车轨道，SHELL63用于建立其他板壳结构。如图2.1：

图2.1 定义材料属性

2.1.3 定义实常数

SOLID185单元类型无需定义实常数，只需给SHELL63单元类型定义实常数。如图2.2：

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图2.2 定义实常数

Set1中板厚为0.006m，用于主副腹板；Set2中板厚为0.008m，用于大小隔板；Set3中板厚为0.016m，用于上下盖板；Set4中板厚为0.020m，用于车轮处的弯板。

2.1.4 定义材料属性

板壳结构均为Q235，密度7.85103kg/m3，弹性模量2.11011N/m2，泊松比0.3；轨道材料用Q275，密度7.83103kg/m3，弹性模量2.11011N/m2，泊松比0.274。

2.1.5 建立模型

采用实体建模的自底向上的方法，通过点构成线，线构成面，面构成体。具体步骤如下：

首先由起重机基本数据，将坐标系中任意建立一点，作为原点，将其它各点的坐标计算出来，做出一部分点，讲点连成线，线连成面，由四个面连成一个缺两面的六面体，在缺少的一面，建立四块面作为起重机主梁隔板，计算出隔板数，采用复制建出出1/4起重机主梁，采用镜像可以建出1/2主梁。然后1/4端梁

建模，采用镜像可以建出双梁桥式起重机模型。转换坐标系，采用局部坐标

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系定位到主梁上盖板一端需要建立轨道处，对轨道进行建模，最后将模型全部选中进行布尔操作（Modeling-Operate-Boolean-Glue-Area）。

图2.3 整体外观图 图2.4 整体外观图

为了更接近实际工况，小车轨道采用体单元类型，可由面经过拉伸得到。 由于加劲肋和大小隔板对应力分析影响小，主要用于稳定性分析，所以在建立模型时去掉了加劲肋和小隔板，仅保留大隔板，同时有利于网格划分和计算。

模型如图：

图2.5 整体外观图 图2.6 端梁局部放大图

图2.7 轨道局部放大图 图2.8 主梁截面图

2.2 网格划分

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2.2.1 划分方法

网格划分采用全局自由划分，网格边界定为0.2m。如图2.9：

图2.9 定义网格边界长

2.2.2 划分结果

划分结果如图：

图2.10 整体网格划分 图2.11 轨道局部放大图

2.3 施加约束与载荷

2.3.1 约束

约束是在端梁的弯板处，给横竖两块弯板分别加法线方向和沿x轴方向的约

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束，四个部分约束相同，如图2.12：

图2.12 端梁处约束

2.3.2 施加载荷

施加重力重力，取g9.8m/s2。

施加小车载荷。将小车载荷平均加加在四个车轮的位置处，每个车轮处的作用面积取为0.07m0.45m，则单位面积压力为P204762N/0.0315m26500396.83N/m2，在轨道的上表面进行加载。

载荷如图2.13：

图2.13 轨道上表面施加载荷

2.4 计算结果

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2.4.1 应力计算

图2.14与图2.15分别为有轨道和无轨道时主梁跨中的应力云图。

图2.14 跨中应力云图（有轨道）

图2.15 跨中应力云图（无轨道）

2.4.2 位移计算

跨中垂直静挠度如图2.16：

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图2.16 跨中位移云图

2.5 结果比较

2.5.1 应力比较

理论计算结果及ANSYS分析结果如下表2.1： 表2.1 应力比较 工况 跨中最大应力值

理论计算 跨中 132.26MPa ANSYS分析 122.09MPa

2.5.2 位移比较

理论计算结果及ANSYS分析结果如下表2.2：

表2.2 跨中静挠度比较

工况 跨中最大静挠度 理论计算 ANSYS分析 36.8mm 跨中 31.5mm 9

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三、工程车起重机有限元分析

1、UG建模

图3.1 UG建模 图3.2 架构简图 2、adams仿真测量各个点的力

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3、hypermesh进行前处理后倒入ansys

上述hypermesh进行前处理以及倒入ansys只列举其中一部分。

Hypermesh进行网格划分时，由于各块板的厚度比较均匀，所以采用抽取中面，对中面进行2-D网格划分，建模单位mm。单位制如下：

4、ansys求解X、Y方向的应力和应变：

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（ansys静力学分析图）

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