门式启闭机门架结构有限元分析

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2000t×87m门式起重机有限元分析

应用与试验
２１年期（第１期杌巍０第３总１）・２９院与应重机有限元分析００ｘ７
范平，李晨，张纯禹，徐鹤霖，王德保
２４７）１１４（无锡源清高新技术研究所有限公司工程仿真与分析实验室，江苏无锡
向刚度，每５主梁ｍ有横隔板，主梁总长９．５高度６３ｍ，为９５．ｍ。为有效评估、优化该起重机的结构，立了建详细的三维有限元模型，模型完整考虑了大梁、该刚性腿内部的箱梁结构，因此除可对强度、刚度进行可靠的评估外，对箱梁结构的局部稳定性进行了计算。还
度为７５ｇｍ，８０ｋ／弹性模量为２０Ｐ，１Ｇａ泊松比０３．。２２载荷和边界条件．由于篇幅有限，仅以一典型工况做分析：主小车
距离柔腿２ｍ，５副小车距离主小车１ｍ处。如图２０。
ｉ，车ｌｌｌ，主小车
度为８ｍ，７高度为８．ｍ。柔腿采用铰链式连接，０５刚腿采用固定连接，单侧支腿下面采用双轨道。主梁采用双梁门结构，两根主梁截面为箱型，具有较大的横
Ａｂｔａｔｅａｌｄｔｒｅｄｍｅｓｎｌｆｉｌｍｅｔｄｌｉｃｎｔｃｅｎｈｔｎｔｈｔｎｓ，ｔｅｓａｉｔｎｓｒｃ：Ａｄｔｉｈｅ — ｉｎｉａｉｔｅｅｎｅｏｎｅｍｏｅｓｏｓｒｔｄａｄｔｅｓｅｇｈ，ｔｅｓｉｅｓｈｔｂｌｙａｄｕｒｆｉ

门式启闭机门架结构有限元分析及优化设计

门式启闭机门架结构有限元分析及优化设计随着国家经济快速的发展,工业生产规模的扩大和自动化程度的提高,起重机已经广泛用于现代化生产的各个领域。

在起重机的传统设计过程中,设计任务量大且繁琐,而且采用安全系数法往往设计出结构偏重、能耗高的产品。

科学技术的飞速发展促进许多跨学科的先进设计方法不断涌现。

与此同时现代社会资源环境的不断恶化,起重机产品势必向着智能化、多样化、节能经济的轻量化方向发展。

因此借助计算机技术和现代优化设计方法,设计出更低耗能、更加智能化、更加安全可靠的环境友好型起重机具有十分重要的意义。

本文以水利工程领域中某型门式启闭机为研究对象,基于参数化思想实现启闭机门架结构的参数化建模,并由此开展门架结构的轻量化研究。

具体研究内容如下：(1)利用有限元分析软件ANSYS中的参数化设计语言APDL实现门式启闭机门架金属结构的参数化建模。

通过门架结构的静力学分析可知,工况五(即静载试验)中门架结构所承受应力和应变最大,所处位置均位于主梁上翼缘板集中载荷作用处(即小车轮压附近),但都满足设计要求。

(2)结合遗传算法,以启闭机门架重量减轻为目标,结构尺寸参数为设计变量,许用应力和刚度为约束条件进行优化设计,优化后减重约30%,优化效果显著。

(3)考虑不确定性对产品质量性能的影响,采用蒙特卡罗模拟法对优化后的结构模型进行可靠性分析,得到优化后模型的可靠度以及各设计变量的灵敏性。

结果表明：优化后结构模型的可靠度为86.5%；功能函数对许用应力、主梁盖板厚度及腹板厚度的变化最敏感。

(4)在门架结构确定性优化及可靠性分析的基础上,引入6δ设计方法,结合蒙特卡罗模拟抽样和遗传算法,完成了门架结构的6δ稳健优化设计。

结果表明：稳健优化结果实现门架重量减轻约为21.6%。

较确定性优化结果,6δ稳健性优化后的模型重量有所增加,但减低了目标函数对主梁盖板厚度及腹板厚度等不确定因素的敏感性,其可靠度达到0.98。

(5)最后结合Visual Basic和ANSYS软件,成功开发了门式启闭机参数化设计分析软件。

门座起重机门架结构的有限元分析_傅永华

门座起重机门架结构的有限元分析武汉水利电力大学傅永华门架结构是门座起重机的基础结构,设计时一般简化为杆系结构进行计算,即将其部件作为浅梁处理。

然而在实际工程中,许多圆筒门架的部件已不宜视为浅梁。

如某电厂的60t M 6022型门座起重机(图1),沿轴线方向计算高跨比:主梁为260/1050=1/4,下横梁为250/1050=1/4.2,均属于深图1 60t M 6022型门座起重机示意图梁范畴;圆筒与两侧立柱更甚,高跨比分别为320/490=1/1.54与250/320=1/1.28,显然作为刚架结构分析是有很大误差的。

当然,在具体设计中,可加大安全储备弥补这一缺陷,但难免带有盲目性。

而且作为一种复杂的薄壁箱形结构,不了解其应力场的具体分布情况,难以有效地优化结构。

本文以某电厂M6022型门座起重机(以下简称门机)为例,使用Super Sap93大型结构分析软件用板壳元建立力学模型计算,并在分析应力场分布特点的基础上,多次改变模型的局部结构反复计算,较合理地说明了这类结构的强度条件与加固措施。

1 模型建立1.1 单元划分圆筒门架结构是对称的,但门机工作时工况的变化不便于利用对称性,故采用四结点任意四边形板壳元建立整个结构的模型。

其中圆筒板厚18mm,主梁翼缘板厚18m m,腹板厚14mm,下横梁翼缘板厚16mm,腹板厚14mm 。

网格划分如图2所示,共1825个结点,1840个单元。

图2 圆筒门架结构网格节点图的升、降、存和取分别操作,而且是手离按钮即停止动作,有关检测和安全系统仍有效(门联锁除外),升降电机处于慢速状态。

3 安全系统垂直升降式立体停车库的安全系统是由车辆尺寸和重量检测系统、超速保护系统、升降传动机构失效保护系统、冲顶保护系统、沉底保护系统、联锁保护系统、消防系统和避雷装置等组成,其工作方式举例如下:(1)车辆尺寸和重量检测系统当车超尺寸或超重y/超负荷0灯亮,否则/安全确认0灯亮y 车驶出y 关门y 结束。

门式启闭机门架的有限元分析

抗扭性能好、实现自动焊接、闭性好、于防锈、护方便受力作集中力施加在相应工况的危险位置。本门架为刚性结可封便维
等特点。为了能充分的反映门架实际结构形式，本论文采用构，以在２个门腿简化的支点处采用３个方向约束的铰支，所平面单元ｐａｅ２和梁ｂａ８ｌ８ｎｅｍｌ９单元建立有限元模型，单元门腿与中横粱、下横梁连接的另两条门腿采用只有垂直方向少，建模迅速，计算效率高。ＢＡＭ１９是以Ｔｍｏｈｎｏ梁理（Ｅ８ｉｓｅｋｙ方向）约束的铰支。论为基础的，合于细长梁或适度深梁的计算分析，考虑了２２载荷处理和工况选择适并．剪切变形的影响，其使用及后处理比传统的ｂａ４ｅｎ单元来说，更启闭机常见的载荷主要有起升载荷、自重、惯性载荷、偏加直观方便，有广泛的适用性。Ｐａｅ２是二维４节点单元斜运行侧向力和风载荷等。具ｌ８ｎ（ｌｅ２的高阶版本。对于四边形和三角形混合网格，ＶＰａ８）ｎ它（）１起升载荷：闭机的起升载荷常以小车轮压的方式作启有较高的结果精度；以适应不规则形状而较少损失精度。可
该启闭机门架有限元模型共划分空间梁单元２５个，点４节
用于主梁上，因此，起升载荷可按集中力形式施加在有限元模
中图分类号：Ｔ１Ｈｌ
文献标识码：Ａ
文章编号：１０．９３２１）１－８・２０７３７（０００００３０

用有限元方法安全评估水库门式启闭机的金属结构

顶门式启闭机的金属结构进行了模拟和计算分析，并根据规范对其主梁刚度的要求和在役启闭机的强度判别标
准．阐述了如何运用计算结果对门式启闭机金属结构的刚度和强度进行校核。关键词：有限元方法；门式启闭机；金属结构；安全评估
Ａｂｈｓ：Ｓｉｎｓｎｔｎ，ｒｅｄｘｓｔｖｌａｅｓｅｔｃｕｅｓｆｔｔｅｓａｄ￣ｒｓｈａｅｋｙｉｅｅｅａｔｔｌｒｔｒａｅｆｅｔｎｏｕｅｓｕｙ．ＷｉＤｆｉｌｍｅｔｏｔａｅＭ．ｔ３ｎｔｅｅｎｆｒＧＯＲ，ｈｉｅｓｗ
果的准确性。
３２约束处理．
２概况
某水库工程由１主坝和３座副坝组成，在坝座
上设２个放水底孔、９个溢洪道、１输水洞、２个
实反映金属结构的受力状态，根据各构件的蚀余厚
度建立了模型。
３计算模型及参数
３１单元划分．
根据启闭机金属结构的结构形式和受力特点并结合构件的形状，将主梁的加强此所建立的金属结构有限元计算模型见图１，计算模型的节点总数为
维普资讯
用有限元方法安全评估水库门式启闭机的金属结构
河海大学水利水电工程学院１现港－郑圣义
摘要：刚度和强度是评价金属结构安全性能的重要指标。本文利用三维有限元软件ＡＧ０ＩＲ，对某水库坝
７５，单元总数为８２２个。考虑到整个结构在０个４８有限元网格剖分时各单元的衔接问题，建模时使各个部件在相互连接处具有相同的节点，并且尽量使板单元长宽比接近于１，最大不超过３，以保证结

2400t门式起重机有限元分析

考虑 %!""H$(’@ 工况 !其他工况与此相似 "’ 计算结果如下(
!%" 上下翼缘板( 上翼缘板最大压应力为 %-’$#%DP1’ 下翼缘板除梁与柱连接处的最大拉应力达 !!!$%/(DP1’ 均小于许用应力 !F-DP1’ 因此翼缘板满足强度要求#
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根据 %起重机设计规范 &’ 梁的挠度 6&7$ #""#该起重机应满足 6&F!""$#""d%/$%’@@’ 可见各工况下梁的刚度满足要求#
4@4 柱的强度柱主肢截面上应力最大值见表 ’# 考虑到双门
系梁两端与!门架铰接$ 柱顶部 3%6 方向共 G 根缆风绳$其它约束条件与单门相同$
3@5 单元选择建立有限元模型时用了 T59^^(/ 壳单元 %
+91@%GG 梁单元 %0A6MG 杆单元 )!%" 采用壳单元离散横梁各腹板%翼缘板%隔板%加强肋及柱
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双门
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缆风绳安全系数" 应满足&

基于变尺度混沌一遗传算法的门式启闭机小车架结构有限元优化设计

目前对机械结构进行优化设计，其对象单一、算法简单，而对门式启闭机小车架进行结构优化
设计时包含大量参数，仅仅采用传统优化设计方法求解困难，无法得到全局最优解。
得尤为重要。虽然神经网络、遗传算法等优化方
（）构造适应度函数１
计算机为工具，在充分考虑多种设计约束的前提下，寻求满足预定目标的最佳设计。对机械结构进行优化设计，其目的是在满足安全性和适用性
的基础上减轻结构的重量，以达到经济上的最优。优化设计的数学模型可表达为
维有限元软件对小车架进行结构有限元优化设计，
避免发生事故，提高设计合理性和经济效益就显
Ｘ＝［１２３，，，… ，戈］Ｈ（ — — 等式约束条件ｉｘ）Ｇ（ —— 不等式约束条件Ｘ）
ｍｎｘ）ｉＦ（ｘ∈ＲＳｔＨ（．．Ｘ）＝ｉ，，，０＝１２ … ｑＧ（４０ｉＸ）＝ｑ＋１２ … ，，，Ｐ
一
Ｚ＝ｌｆＸ）＝ｍｎ（ｉＸ），
＝
１， … ，２，ｎ
Ｘ ∈［；ｂ］ａ，式中置—— 代估函数
（）４
（）１（）２（）３
［ —— 待定参数的取值范围ａ，ｂ］
— —
为待估参数的最优值
《起重运输机械》２０（）０８８
６～０

门式启闭机的有限元模态分析

科技信息．
高校理科研究
门式启闭相髓青限元檩态分析
温焕左，张飘１２虎’
ｆ１三峡大学机械与材料学院２国葛洲坝集团机械船舶有限公司）冲
［摘要】据门式启闭机组成及工作过程分析，出了启闭机金属结构门架的动力学模型，根提采用有限元方法，ＡＮＳ以ＹＳ有限元分析软件为平台对动力学模型的固有频率和振型进行求解，出比较精确的、得直观的结果，为起重机的动态响应分析、动稳定性分析振
１．闭机门架有限元动力学模型建立２启门机的门架结构由三个互相垂直、各节点为刚性的主框架、侧框架和上平台框架组成的空间框架结构。门架各分结构均为箱形结构类型，箱形结构具有结构紧凑、间刚度大、空抗扭性能好、可实现自动焊接、封
模态分析可以用来确定结构的自振频率和相应振型，为结构设计提供依据，避免在动力载荷作用下发生共振现象，提高结构系统的振动性能。因此，态分析是结构动态分析的一个重要内容，模系统动态性能的分析首要的是结构的模态分析，括结构的固有频率和相应振型。包
一
研究结构的动力学问题，很重要的一部分是计算结构的固有频率和固有振型。它是分析结构动力响应和其它动力学特性问题的基础。如果忽略阻尼的影响，则运动方程（）１简化为：
Ｍａ）Ｋａ）Ｑ００＋（＝（１（）２
这是系统的自由振动方程，又称为动力特性方程。任何弹性体的自由振动都可以分解为一系列简谐振动的叠加，上述方程有如下的简谐振动解：

例析水电站双向门式启闭机门架结构有限元

例析水电站双向门式启闭机门架结构有限元引言启闭机是专门应用于水利水电工程的一种特殊起重机，用于启闭和检修闸门等。

启闭机的设计必须满足技术先进、运行可靠、经济合理等要求。

有限元分析方法是广泛应用于结构分析计算的方法。

本文以某双向门式启闭机的门架金属结构为研究对象，通过大型通用有限元分析软件ANSYS进行分析，得到门架金属结构的变形及应力结果，并且分析研究了结构的振动特性。

1结构及参数门机主要由起重小车、门架和运行机构组成，装有起升机构的起重小车可沿门架顶部的轨道运行，起吊的闸门可沿小车轨道方向和竖直方向运行。

门架可沿大车轨道方向运动，其方向垂直于小车轨道。

门架主要由主梁、上横梁、中横梁、下横梁和门腿构成，所有梁均由板与板焊接而成，形成箱形梁结构，具有结构紧凑、空间刚度大、抗扭性能好等特点。

QM2x1000kN门式启闭机门机设计总高约24.57m，其中门架高13.8m。

门机跨度为17m，大车基距为9m。

小车自重800kN，小车起升荷载2x1000kN。

为考察不同工况条件下启闭机的受力和变形情况，采用三维有限元对整个结构进行详细分析。

2模型的简化启闭机门架结构的各个梁及门腿都是由板件拼接而成，板与板之间是组合焊接而成，在建立其有限元模型时，板与板、梁与梁之间的连接简化为刚性连接。

门架上的小车轨道、司机室、梯子栏杆等对结构的力学性能计算影响不大，故建模时只将其重量均布在门架上，而省略其模型。

3模型的建立根据门架的结构尺寸，在ANSYS中笛卡尔坐标系下建立其模型。

以门架主梁外侧腹板中心线最上方的点为原点，沿XOY平面建立主框架平面，沿YOZ平面建立侧框架平面。

建模时使用shell63单元，共有22589个节点，23337个单元。

构件的材料均采用Q345，其密度为7850kg/m，泊松比为0.3，弹性模量为2x10MPa，许用应力为220MPa。

建好的门架有限元模型如下图所示。

4 静力学分析4.1 工况及载荷该门式启闭机小车轨道铺设在门腿之间的主梁上方，跨中位置一般为最危险截面，故取以下 5 种工况进行静力学分析。

基于workbench门式起重机门架的建模及有限元分析

广西工学院毕业设计（论文）说明书课题名称基于Workbench的门式起重机门架的建模及有限元分析系别机械工程系专业机械设计制造及自动化班级机自Y084学号 ************姓名李志扬指导教师李冰李宝灵2012年 12 月 31 日摘要本文以有限元法作为结构分析手段，利用UG软件建立了水电站门式起重机关键部件——门架结构的三维模型，采用有限元分析系统ANSYS Workbench完成了门架结构的有限元分析，并展望了其结构的优化设计。

门式起重机是水电站最重要的设备之一，用来起吊大坝上的闸门和完成坝上的其他起吊任务。

文章首先通过对2X1600KN 门式起重机门架结构的特点和受力情况的分析，选择自动网格划分对门架结构进行网格划分，并应用ANSYS Workbench软件对起重机架进行了载荷分析，建立了门架结构的UG模型，采用ANSYS Workbench软件对门架进行了分析计算，得到了等效应力和位移云图，并对其优化设计提出设想。

本论文为大型门架结构的分析计算提供了一种精确可靠的方法，使其设计计算更加方便、快捷。

关键词：门式起重机，门架，有限元法，优化。

AbstractIn this thesis, the finite element method is used to be the method of the structure analysis. The 3D model of the gantry is constructed by UGS software, which is the critical component of the hydropower station gantry crane. The finite element analysis package ANSYS Workbench is applied to analyze the structural stress and deformation. Then prospect the structural scheme of the gantry`s optimize. Gantry is the most important hydropower station equipment,it is used to lifted the gate on the dam and the other hoisting task. Firstly, the structure feature and load condition of the 2x1600KN gantry crane are analyzed. Build the UG model of the gantry. Choose the automatic meshing to mesh the gantry is established. The ANSYS package is applied in the analysis and calculation of the gantry and the equivalent stresses and concentration of the structure gantry in working conditions. And the structure optimization is put forward.This thesis research supplies a precise and reliable method for the analysis and calculation of the large gantry structures. It makes the design and calculation process of the large structures to be more convenient and faster.Keywords: Gantry crane, Gantry, Finite element method, Optimization.目录1绪论 (6)1.1课题目的及意义 (6)1.2本文的主要研究内容 (6)1.3门式起重机的发展概况及其作用 (7)1.3.1门式起重机的发展概况 (7)1.3.2门式起重机的用途 (8)1.4起重机研究的国内外现状与进展 (8)2门式起重机的构造 (9)2.1设计依据 (9)2.1.1主要参数 (9)2.1.2技术规范及技术标准 (9)2.2用途 (10)2.3门式起重机组成与结构 (10)2.3.1起升小车 (11)2.3.2大车运行机构 (11)2.3.3司机室 (11)2.3.4夹轨器 (11)2.3.5门架 (12)2.4门架的受力分析与计算 (12)2.4.1载荷计算 (12)2.4.2载荷组合 (12)2.4.3门架上的载荷处理与计算 (13)3门架结构的UG建模 (15)3.1 UG概况 (15)3.2 UG的特点 (16)3.3 UG的主要功能 (16)3.4基于UG NX7.0的起重机门架零部件模型建模 (17)3.5门架的总装配模型 (17)4门架的有限元分析 (19)4.1 ANSYS简介 (19)4.2 ANSYS Workbench 12.0简介 (20)4.2.1 Workbench的产生背景 (20)4.2.2 Workbench的设计思想 (21)4.2.3 Workbench的特征 (21)4.3结构离散化 (22)4.3.2单元特性分析 (22)4.3.3单元组集 (22)4.3.4求解未知节点位移 (22)4.4单元类型的选择及网格划分 (23)4.4.1预处理模块 (23)4.4.2求解模块 (29)4.4.3后处理 (34)5计算结果分析 (36)6结论和展望 (40)6.1结论 (40)6.2展望 (40)致谢 (41)参考文献 (42)1绪论1.1课题目的及意义现代化水电站工程拥有大刑机械设备和高度自动化系统，以保证电站日常高效、安全运行，期中门式起重机是水电站最重要的设备之一。

门式启闭机的参数化有限元分析系统

第２Ｏ卷第２期
胡友安．等门式启闭机的参数化有限元分析系统
关键词：门架结构；ＶＣ；ＡＤ；参数化有限元分析ＰＬ
中图分类号：ＴｌＢｌ５文献标识码：Ａ
水电站的门式启闭机主要用于起吊各种闸门和拦污栅，水电站施工过程中，常常利用门式启闭机进在也
５５４）１０１
摘要：将ＡＮＹＳＳ的二次开发语言ＡＤＰＬ与ＶＣ相结合．发门式启闭机门架结构的参数化有限元分析系统．利用开Ｖ编制对话框界面，ＡＮＹＳ有限元分析过程进行封装，统运行时只需输入分析所需的参数，可以在后台运Ｃ对Ｓ系就行ＡＮＹ．现门式启闭机门架结构的有限元分析．某工程双向门式启闭机的算例表明了系统实现的可行性．ＳＳ实
维普资讯 http:/
第２０卷第２期
２００６年６月
河
海
大
学
常
州
分
校
学
报
Ｖ０１２Ｎｏ２．０．
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＯＨＡＩＵＮＩＶＥＲＳＴＣＩＹＨＡＮＧＨＯＵＺ
Ｊｎ０６ｕ．２ｏ
文章编号：０９１３（０６０ — ０４０１０ — ０２０）２０３ — ４１
１２系统程序设计中的主要问题．

单向移动门式启闭机门架结构的有限元分析

单向移动门式启闭机门架结构的有限元分析严庆;罗金良【摘要】单向移动门式启闭机在水利水电工程运用广泛,其运行情况复杂,需要考虑不同工况下门机的静力学特性以及抗倾覆稳定性.文中应用SolidWorks软件建立了简化的门架三维模型,在不同载荷组成的3种不同工况下,利用ANSYS Workbench软件分析了门架结构的应力和变形,对结构进行优化设计,为设计者提供了可靠的数据和结果,对工程设计具有指导意义.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】3页(P39-40,43)【关键词】门架;静力学;优化设计【作者】严庆;罗金良【作者单位】南华大学机械工程学院,湖南衡阳421001;南华大学机械工程学院,湖南衡阳421001【正文语种】中文【中图分类】TV664.3;TP391.70 引言水利水电工程中门式启闭机作为一种重要的拦污、吊运的特殊设备，其安全可靠地运行对保证工程安全和生产效益至关重要[1]。

门机主要由门架、起升机构、大车运行机构、锚定装置、液压抓梁、集中润滑装置、电缆卷筒、司机室、夹轨器等组成。

门架是整个设备主要承力构件，因此其结构设计的合理性和分析研究尤为重要，在设计过程中，需要根据实际情况，必须考虑不同工况下的载荷组合[2]。

传统的设计方法往往采用经验设计法，过分加大安全系数，使设计过于“富余”，启闭机质量过大，造成不必要的材料和能源浪费，采用现代的设计方法对启闭机进行分析与优化尤为重要[3]。

本文将2×500 kN单向门式启闭机的门架梁和门腿简化为一体，利用ANSYS Workbench软件计算该单向门机门架结构在各种不利工况下应力和应变，对启闭机的强度、刚度和结构尺寸进行全面校核[4]，分析计算结果，优化设计，为后期的设计奠定基础。

1 启闭机的结构及主要参数1.1 结构设计该门机主要用于启闭、拦污、清污和吊运厂房尾水检修闸门等工作。

门架主要由主梁、端梁、下横梁、门腿、上横梁、梯子平台等组成，主梁与门腿单法兰焊接连接，其余采用高强螺栓连接成整体[5]。

一种起重机门架模态化有限元分析与优化设计方法

一种起重机门架模态化有限元分析与优化设计方法摘要：集装箱门式起重机，采用有限元软件ANSYS对门架结构在实际工况下的应力分布和应力集中两个方面进行评价和比较，可以得到比较合理的数据结果。

关键词：门架；模态化；有限元分析；优化设计集装箱起重机中最为复杂的故障是门架变形，其中，门架的下挠变形，对起重机的正常运行危害最大。

本文采用有限元分析软件ANSYS建立了起重机的有限元模型，对其进行结构应力分析、模态分析，从应力分布和应力集中两个方面对该起重机进行评价和校核。

1起重机门架结构有限元模型的建立集装箱起重机门架是由标准型钢构成，结构对称。

首先建立起重机门架整体三维模型。

1.1起重机主要性能参数。

该起重机主要性能参数为：额定载荷320T；跨度25m；桁高12m；起升速度9.5/19 m/min；最大起升高度10/12m；小车轮距3035mm；小车质量5t；吊钩总重2T；材料全部采用Q235。

门式起重机门架的主要结构与参数如图1所示。

1-前端梁2-道轨3-后端梁4-主梁5-前上横梁6-后上横梁7-门腿8-底横梁1.2起重机有限元模型单元选择采用ANSYS中的三维梁单元，划分单元建立有限元分析模型。

门架结构有限元模型划分后的单元95401个，节点数182120。

图2为该起重机划分单元后的有限元网格模型。

2应力分布分析2.1固定载荷按图1所示的工况位置，要求额定起门力：工况1（16T）、工况2（在门架中间带运行吊重11T运行）工况3（10T）、工况4（9T）、工况5（（悬臂处5T）；规定起重机主梁方向为Z方向，垂直地面向上方向为Y方向，X向垂直于起重机平面。

2.2移动载荷起升载荷16T，同时，取动力系数1.25；起重机自重，在建模过程中单位采用SI（MKS），取重力加速度g =10；抓斗和小车结构自重共为5T；水平惯性载荷：根据有关文献，取加速度0.13 m/s2，取加速度放大倍数1.5。

选择对门架最危险的工况1、工况2和工况5载荷组合进行分析，如果这三工况没有问题，其它工况也就没有问题。

门式起重机结构有限元分析

ANALYSIS RESEARCH分析研究门式起重机结构有限元分析于万成1 程兆辉1 曹天浩1 王鹏21太原重工股份有限公司太原 030024 2太原科技大学机械工程学院太原 030024摘要：利用有限元分析软件对75/35t-29m 门式起重机的3种工况进行了仿真计算，并结合GB/T 3811-2008《起重机设计规范》理论计算值对计算结果进行分析。

分析表明：结构的静刚度和垂向挠度均满足使用要求，但在小车运行至刚性和柔性支腿有效臂端时，结构产生较大的侧向位移，对连接处螺栓疲劳寿命造成一定程度的疲劳损伤，Ansys 的计算结果及分析为起重机的安全评估及检验检测提供了有益参考。

Abstract: In this paper, three working conditions of 75 / 35t - 29m gantry crane are simulated and calculated by using ﬁnite element analysis software, and the calculation results are analyzed based on the theoretical calculation values of GB / T 3811 - 2008 Design Rules for Cranes. The analysis shows that the static stiffness and vertical deﬂection of the structure meet the application requirements. However, when the trolley runs to the effective arm ends of the rigid and ﬂexible legs, large lateral displacement will be produced inside the structure, which will cause fatigue damage to the bolt fatigue life of the joint to a certain extent. The calculation results and analysis of Ansys provide useful references for the safety evaluation and inspection of cranes.关键词：门式起重机；刚性支腿；柔性支腿；有限元分析Keywords: gantry crane; rigid leg; ﬂexible leg; ﬁnite element analysis中文图类号：TU32：TH213.5 文献标识码：A 文章编号：1001－0785（2018）0 引言双梁U 形门式起重机（以下简称门机）做为一种被广泛应用于站场集装箱装卸的特种设备，其主要工作特性是负载重，工作频次高[1]。

门式起重机金属结构总成有限元分析

130研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术中国设备工程 2019.04 (下)门式起重机是货物堆场、建筑工地、车间及码头等场合应用比较广泛的一种货物装卸设备，目前这类起重设备正向大型化、高速高效化、高安全、高可靠性、节能、低故障率等方向发展。

这对设备的力学特性与自身重量提出了较高的要求，自身重量直接影响了设备的制造与使用经济性。

门式起重机金属结构总成是整个设备的关键部件，是设备的骨架，支撑设备上的所有零部件及承受吊载货物的重量，其重量约占整个设备重量的60%以上，主要由主梁、端梁、鞍梁、拉杆、支腿、下横梁组成，这些部件均为力学性能良好的箱形结构，根据本类设备的受力特性与使用工况，内部还设置了若干加强隔板与筋板，确保力学性能优良，使用时安全可靠。

所涉及的起重机为双悬臂结构，一侧悬臂为10m ，另一侧悬臂较长，达到了23m ，在长悬臂侧还设置了双向拉杆，以增强长悬臂侧主梁的受力性能。

本结构特点的起重机金属结构总成，若在设计时仍采用传统的力学计算方法对各组成部件或整体进行强度、刚度及整体稳定性计算时，很难直观地反映每个位置及整体结构的受力特点，特别是内部筋板位置，这样就很难准确地把握本结构的力学特性与自重之间的关系，影响了设备的整体制造经济性与使用经济性，从而降低了市场竞争力。

而有限元分析方法就具有建模方便快捷、计算结果准确、直观形象，使设计人员能准确直观的查看出各位置的力学情况，提高了产品的安全性与设计效率的同时还便于产品的优化，从而降低了产品的生产与使用成本。

采用专业有限元分析软件ANSYS 对某型号门式起重机金属结构总成进行整体结构强度与刚度分析，直观形象地验证本结构的设计合理性，找到优化方向，提升整个设备的经济性和市场竞争力。

1 设备主要性能参数额定起重量45t，双主梁双向拉杆结构、跨度30m ，小车轨距16m ，大车基距17m，起升高度12.5m，左悬臂长10m，右悬臂长23m，小车总成重49t ，各部件材料为Q235B 。

启闭机金属结构有限元分析

启闭机金属结构有限元分析
李权才;李恒灿;武翠荣
【期刊名称】《华北水利水电学院学报》
【年(卷),期】2010(031)003
【摘要】利用有限元分析法分析了双向门式启闭机在减轻钢结构自重的前提下,自身强度、刚度、稳定性能否满足要求的问题.通过对启闭机各种工况的详细分析,用ANSYS软件建立SHELL63弹性壳单元模型,对金属结构的连接、约束、载荷进行有效处理,对各种工况的应力、变形等进行严格的计算.由分析和计算结果知,启闭机金属结构的强度、刚度、稳定性均小于许用值,满足要求.
【总页数】3页(P68-70)
【作者】李权才;李恒灿;武翠荣
【作者单位】华北水利水电学院,河南,郑州,450011;华北水利水电学院,河南,郑州,450011;华北水利水电学院,河南,郑州,450011
【正文语种】中文
【中图分类】TV664.+3;TV34
【相关文献】
1.金属结构及启闭机设备监造简介与思考 [J], 陈泰山
2.锦屏二级水电站地下厂房尾闸室金属结构及启闭机设备安装与施工 [J], 卢晓亮
3.用有限元方法安全评估水库门式启闭机的金属结构 [J], 卜现港;郑圣义
4.草街航电枢纽泄洪闸金属结构与启闭机安装管理 [J], 安郁亮
5.金属结构及启闭机安装如何降本增效 [J], 谢建伟
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一种造船门式起重机的主结构有限元分析方法

2012年05月第14期科技视界SCIENCE &TECHNOLOGY VISION 科技视界Science &Technology Vision门式起重机(以下简称门机)是一个桥架形承载结构的起重机[1],可用于搬运货物、装卸及安装建筑构件等,尤其能在铁路及港口货场的装卸中发挥重要作用。

而门机在提高工作效率、节省人力的同时,也存在着巨大的安全隐患,寻求一种在能评估门式起重机安全运行的方法势在必行[2,5]。

振动不但可能会造成门机结构破坏,当所受激振力的频率与结构的的某一固有频率相接近时,会引起共振[3,4],造成结构强度的破坏及产生不允许的大变形,破坏整机的性能。

1门机有限元模型的建立1.1门机基本参数双梁式门机由主梁、柔性支腿、刚性支腿、大车、上小车、下小车、操纵室等构成,如图1所示,选用的门机参数如下所述。

门机相关基本参数:主梁跨度48.124m,起升高度42m,上小车轨距6.33m,下小车轨距2.6m;上小车自重9.9t,最大起重量200t,起升速度5m/min;下小车自重5.5t,主起升机构最大起重量150t,起升速度5m/min,副起升机构起重量10t,起升速度12.2m/min;大车运行速度:30m/min,大车轨距43米;门机主要材料为Q345B,杨氏模量为2.06×1011,密度为7850kg/m 3,泊松比为0.3。

1.2模型的单元组成门机的刚性支腿、主梁结构是由薄板焊接成的箱体梁,柔性支腿是由钢板焊接而成的圆管。

为使原模型真实,计算模型单元选择如下:门架结构选用空间板单元shell63,小车等附件在模型的相应节点处设置质单元。

建立的有限元模型如图2所示。

图1门式起重机结构示意图Fig.1The Sketch Map of The Gantry Crane一种造船门式起重机的主结构有限元分析方法王彤曼1贾文华2张在梅1殷晨波3(1.三一重机江苏昆山215300;2.南京工程学院机械学院江苏南京211167;3.南京工业大学车辆与工程机械研究所江苏南京210009)【摘要】在四种危险工况下,对造船门式起重机的主结构进行了结构静力学有限元和分析。

门式起重机结构强度有限元分析

前言对龙门起重机结构进行分析计算的传统设计方法，不仅公式繁多，而且因为对力学模型进行了过多地简化，造成计算结果的不准确，使得在保证结构正常工作的前提下，整机重量较大，产品的性价比较低，市场竞争力较弱。

而有限元分析方法可在三维建模的基础上，真实地反映龙门起重机复杂的载荷情况，因此近年来在起重机设计中的应用越来越多。

1有限元分析（1）有限元模型龙门起重机由起升机构、小车运行机构和装卸桥组成。

装卸桥是起重机的重要组成部分，其安全可靠性直接决定着起重机的工作能力和工作质量，对起重机进行结构强度分析主要是对装卸桥进行分析。

装卸桥由刚性支腿、柔性支腿和主梁组成，这些结构件都是用钢板焊接而成的箱体，内部用钢板形成网格状骨架来增加桥的强度。

装卸桥零件主要是板形和梁形，故采用壳体和线来建模。

由于装卸桥零件比较多，如果采用过多的单元类型，划分网格时会因为不同单元之间的过渡引起单元畸形，影响分析的精度。

所以在有限元模型中，主要采用SHELL63单元和BEAM188单元。

装卸桥板型零件采用SHELL63单元。

SHELL63既具有弯曲能力，又具有膜力，可以承受平面内荷载和法向荷载，包含应力刚化和大变形能力，比较符合装卸桥板型零件的实际受载情况。

梁形零件采用BEAM188单元。

BEAM188单元是一个三维线性（2节点）有限应力梁，该单元适用于线性，大旋转和大应变非线性分析，包括应力强化，比较符合装卸桥梁型零件的实际受载情况。

忽略抓斗和小车的形状，把它们简化为质点，采用质量单元MASS21。

起重绳索采用LINK10单元，为了模拟重物提升过程中重物自重和重物动载荷的影响，重物采用质量单元MASS21。

装卸桥采用Q235，材料密度为7800kg/m 3，弹性模量为2×1011Pa ，泊松比μ＝0.3。

有限元模型的节点数17756，单元数21801，模型质量316t ，接近装卸桥实际质量320t 。

（2）载荷与边界条件装卸桥所受到的载荷主要有：①装卸桥额定载荷为10t ，取动力系数1.25。

第六章练习：门式起重机结构系统有限元分析

第六章练习：门式起重机金属结构有限元分析图6-1为门式起重机实物，图6-2为其结构简图，图6-3是几个主要受构件主梁、上横梁、下横梁、支腿的截面图。

图6-1 龙门起重机图6-2 金属结构总图图6-3 各部件截面简图参考分析步骤如下：1．改变默认工作路径，定义文件名和分析标题(1)Utility Menu→File→Change Directory…(2)Utility Menu→File→Change Jobname…(3)Utility Menu→File→Change Title…2．定义单元类型：SHELL63壳单元Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete，→Add，选择Structural Shell，Elastic 4node 63，→OK。

3．定义实常数即定义结构所用板材的厚度，共6、8、10、12mm四组。

Main Menu：Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete，→Add…4．定义材料力学参数Main Menu：Preprocessor→Material Props→Material Models，Structural→Linear→Elastic→Isotropic 弹性模量EX=2.1E5 (MPa)泊松比PRXY= 0.3钢材密度DENS=7.85E-6 (kg/mm3)5．建模⑴创建上横梁选定整体坐标系，如图6-2。

①创建体。

Main Menu：Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Block→By 2 Corners & Z输入：WPx Wpy Width Height Depth(0,0,700,-1000,5200)②删除体，保留体以下的图元。

Main Menu→Preprocessor→Modeling→Delete→Volumes Only③显示面号和线号Utility Menu→PlotCtrls→Numbering④创建上横梁内的横隔板沿Z向拷贝Z=0处的面元，。