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ANSYS起重機臂架有限元分析研究

發布于:2021-03-08 22:48
有限元分析

       塔式起重機(以下簡稱塔機)是一種重要的施工機械,由于具有工作效率高、使用范圍廣、回轉半徑大、起升高度高、操作方便以及安裝與拆卸簡便等優點,已成為工程建設中的主要機種之一。塔機臂架(即塔機的工作裝置)是塔機的重要組成部分,它是靠電動機驅動來完成物料吊卸的空間析架結構,其設計水平的高低直接影響整機的工作性能。
       塔機臂架作為塔機的工作裝置,在塔機產品的設計內容中處于核心地位,但其傳統的設計方法普遍是依據材料力學中的許用應力校核原理得出的,真正分析的對象僅僅是臂架結構的截面形狀和面積等參數。由于受工作量限制,該方法只能驗算幾個在理論上認為是危險的截面,計算的精度從建模開始就受到限制,不僅工作量很大并且具有一定的盲目性,已不能適應由激烈市場競爭造成的最短周期產品設計的要求。
       伴隨著計算機技術的進步,目前國內外先進的機械產品設計制造都離不開有限元分析,在工程設計和分析中受到越來越廣泛的重視,其計算結果不僅詳盡,而且更具可靠性。采用有限元分析的方法進行機械產品的設計計算將會極大地提高設計效率、保證其設計質量。設計者只需借助通用有限元軟件建立模型并進行仿真分析,就能真實地反映機械產品的尺寸外形特征和工作過程,并進行各種類型的力學分析,盡早發現設計缺陷,從而有效地縮短研發周期,降低生產成本,使產品的結構和性能更加合理。本文應用有限元軟件ANSYS對塔機臂架結構進行快速校核分析。
       塔機在工作過程中絕大部分的載荷來自自重和吊重的作用,還包括慣性載荷、風載荷等。但是無論這些外界載荷作用點在塔機的什么部位,最終都要傳遞給塔機鋼結構,因此,鋼結構的結構性能很大程度上決定了整機質量的好壞。作為工作裝置的臂架鋼結構更是如此,其結構強度等性能是塔機整體鋼結構最為核心的內容。為了考察臂架鋼結構有限元分析的效果,本文嘗試對QTZ40塔機的臂架鋼結構進行靜態強度和模態特性分析。
       靜態有限元分析是計算在固定不變的載荷作用下的結構響應,它不考慮慣性和阻尼的影響以及結構隨時間變化的載荷情況,通過結合有限元理論,從靜力學、幾何學和物理學三方面對結構進行分析,計算節點在載荷作用下的應力、應變和位移,從而在塔機產品設計初期全面了解其在不同工況下的強度狀況,確定應力、應變危險點,同時也能為塔機的結構優化設計進行分析指導。
       模態特性分析也是有限元分析中的重要內容,它主要用于確定結構或機器部件的振動特性,同時也是其他動力學分析的基礎。傳統方法對處于設計階段的機械結構進行模態分析主要采用計算方法和模態參數識別實驗法,以獲得相應的模態參數。通常需求的模態參數包括固有頻率、固有振型、模態質量、模態剛度和模態阻尼比等,其中最重要的是頻率、振型和阻尼比。對于無阻尼系統需求的模態參數就是固有頻率和振型,這兩個參數對于識別和改善結構動態特J陛有著重要的意義,因為它表明著在哪幾種頻率下結構會產生共振以及在各階頻率下結構的相對變形。但是由于塔機臂架體積大、結構形式復雜,屬于多自由度系統,而多自由度系統振動時,同時有多階模態存在,每階振動模態就要用一組模態參數來確定。故而采用傳統方法對其進行模態分析具有一定難度。應用有限元分析的方法很好地解決了這一問題。


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