基于有限元法的门座起重机结构强度分析_黄文翰

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门座起重机结构与力学分析

根据上式（），可以计算出臂架任一幅角２
位置的受力情况，以及臂架支座的受力情况，从而为后续的计算分析奠定基础。
５简体载荷确定
量，将各个载荷简化作用于质心位置，得筒体
的受力分析如下图３所示，：
简体上端承受整个转台总成，臂架系统，
素使起重机出现各种破坏及故障，以至降低或失去其预定的功能。由于起重机体积大、造价
高，不可能一发生故障就即时更换，因此很多
起重机普遍存在严重裂纹但仍服役生产第一
线，给安全生产带来了极大隐患，甚至造成严
针对上述三种工况，对模型进行简化，不考虑外界扰动情况下，起重机整体只受竖直方向外力及自身的自重，因此将起重臂系统简化
为一根梁，底座支撑看作是梁下铰支座。工况（）时，底座支撑ａ连线及底座支１、ｂ
¨ ｍ
撑ｃ连线平行起重臂平面，由于此时臂架两、ｄ侧底座支撑是对称的，故底座支撑ａ所受载荷、ｃ
４臂架系统载荷确定
中当加速起升工况、下降制动工况对臂架产生
附加动载荷，在施加载荷时必须乘以相应的动载系数（见第四章）。变幅过程中，重物高详
度不变，臂架幅角不断改变，变幅支座及起升
臂架系统主要有两种工作状态：起升工况和变幅工况。起升工况是臂架的幅角不改变，整个臂架约束情况不变，起升机构运转，收缩钢丝绳，重物竖直上升。匀速起升过程考虑其基本载荷主要有起重载荷和臂架自重载荷，其

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。

门座起重机人字架有限元分析

建设机械技术与管理2001年11月号!"图#人字架的结构示意图$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$%%%%关键词门座起重机人字架有限元分析内容提要本文采用$%&’&有限元分析软件对门座起重机人字架进行了整体有限元计算，提出了具体的有限元分析模型，并对人字架强度，刚度作了全面分析。

图!人字架的有限元模型门座起重机人字架有限元分析武汉理工大学殷成凤#前言人字架是门座起重机的的主要构件之一，它与转台，转柱构成了门座起重机臂架系统和平衡系统的支承结构。

人字架的下部与转台相连接。

某门座起重机从投入使用到现在，服务年限已达#(年以上，为保证该起重机的安全使用，对其人字架结构进行强度，刚度分析，并找出结构的薄弱部位，及时发现缺陷是非常必要的。

$%&’&是一种技术成熟的有限元分析软件，它具有强大的前后置处理功能，通过采用交互式的操作可以进行结构分析、热分析、耦合场分析等多种物理场分析。

!人字架的基本结构形式该人字架的金属构件采用的是薄壁箱形结构，承受复杂的外部载荷。

整个结构共采用)*块形状，长度，宽度和厚度不一的金属薄板焊接而成。

所有板件的材料均采用+!,*钢。

,有限元模型,-#人字架的实体建模与网格划分在进行实体建模时。

人字架结构形式不适合体素方法（实体生成法）创建，因此直接采用由底向上（./00/1234）进行建模。

首先建立关键点（56’4/7%0&）8再生成线（97%6）及面（$:6;）-利用结构的对称性，在建立实体模型的一半以后，用对称（<6=>6?0）创建另一半实体模型。

由于人字架属于焊接构件，在建立板与板焊接的实体模型时，需大量采用布尔逻辑操作（@46:;06）。

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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基于有限元法的门座起重机结构强度分析_黄文翰

基于有限元法的门座起重机结构强度分析_黄文翰质量技术监督研究ＱｕａｌｉｔｙａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈ２０１２年第３期（总第２１期）ＮＯ．３．２０１２ＧｅｎｅｒａｌＮｏ．２１基于有限元法的门座起重机结构强度分析黄文翰（福建省特种设备检验研究院，福建福州３５０００８）摘要：采用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对门座式起重机建立整体结构计算分析有限元模型，进行了两种危险工况下的应力计算，并通过将有限元计算结果与实测应力结果进行比较，验证了有限元计算结果的可靠性，为门座式起重机的强度分析提供了可行的有限元参考方法。

关键词：门座式起重机；有限元；强度分析随着贸易经济高速发展和港口货物吞吐量不断增长，门座起重机由于其良好的工作性能和通用性，成为港口装卸作业不可缺少的重要设备。

门座起重机的整体金属结构作为主要的承载部件，由于其露天、腐蚀性的工作环境以及较高的使用频率和工作强度，易产生疲劳裂纹、腐蚀等缺陷，影响结构强度和刚度等力学性能，并危及起重机使用安全。

因此，分析门座起重机的金属结构强度并为生产和维修提供依据，具有十分重要的意义。

传统的门座起重机结构分析多采用力学计算方法，由于其设计变量较多，受力复杂，因此计算量大且较多采用经验简化或估算，势必影响计算结果的准确性。

有限元分析方法具有建模方便快捷、计算结果准确的突出优点，日益成为起重机结构强度分析广泛使用的分析方法［１］。

１ＳＤＭＱ１２６０／６０Ｅ型门座起重机概况本文分析的ＳＤＭＱ１２６０／６０Ｅ门座起重机由某水工机械厂１９９０年制造安装，用于某电站建设施工，１９９８年起移至某造船厂用于造船用部件和材料的吊运。

该起重机自重约３７７ｔ（含压重５６ｔ），结构大体可分为上部旋转部分和下部运行部分（见图１），旋转部分包括臂架系统（由象鼻梁、吊臂、大拉杆、小拉杆、变幅拉杆等组成）、人字架、平衡重、转柱、转台等，通过起升、变幅、旋转运动实现在环形圆柱体空间升降物品；运行部分主要是由门架和运行台车组成［２］。

门座式起重机结构强度分析

门座式起重机结构强度分析文章以某港口改造的门座式起重机金属结构为计算模型，按照《欧洲起重机机械设计规范》利用有限元分析软件ANSYS进行了强度计算，为整机的结构设计提供依据。

改造后的门座式起重机改变了部分结构，减轻了整机重量，降低了经济成本，适应了新的工作环境。

标签：门座式起重机；有限元计算；结构强度；载荷组合该门座起重机是专为修、造船配套的起重机设备。

文章以其为主要研究对象，利用ANSYS10.0对金属结构进行建模分析，完成了不同工况下的结构强度分析。

1 门座起重机的组成门座起重机的结构形式如圖1所示。

其主要由大车行走机构、门架、转盘、机器房、人字架、臂架系统等组成。

大车行走机构实现起重机的运行，转盘实现起重机臂架的回转，缠绕系统和臂架系统实现货物的升降，起重机的带载变幅等动作。

1-大车行走机构2-门架3-转盘4-机器房5-人字架6-缠绕系统7-臂架系统8-主钩9-副钩图1 门座起重机结构简图2 门座起重机的载荷种类2.1 固定载荷SG固定载荷即为起重机的自重载荷，包括金属结构、机械装置、电气设备以及配重等。

2.2 额定起升载荷SL额定起升载荷指总起升质量的重力。

2.3 惯性载荷。

由水平运动加速或减速引起的惯性载荷，可以用加速度值来进行计算。

SH=ac×（SG+SL）式中，ac-运动部分对应的加速度。

2.4 侧向载荷。

当两个车轮沿一根轨道偏斜行走时，应考虑垂直于轨道的水平力所形成的力偶。

SK=■？姿P中，？姿-侧压力系数，取决于跨距与基距之比；P-受侧向力作用侧的起重机走轮上的最大总轮压。

3 模型建立该起重机模型运用有限元软件ANSYS进行分析计算。

考虑到各部分结构形式和受力情况的不同，建模过程中采用了4种单元类型：梁单元Beam44、管单元Pipe16、杆单元Link8以及质量单元Mass21。

3.1 Beam44单元Beam44具有拉伸、压缩、扭转和弯曲功能的单轴单元。

该起重机的端梁、横梁、机器房底座和部分人字架采用的是箱型梁与工字梁结构，这些部件都采用的Beam44单元类型。

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。

基于Solidworks的门座起重机门架结构有限元分析

设计计算DESIGN & CALCULATION基于Solidworks的门座起重机门架结构有限元分析孙永胜，李纲，吕明华（郑州新大方重工科技有限公司，河南郑州450064）［摘要］利用Solidworks软件建立门座起重机门架结构模型，导入有限元分析软件ANSYS Work-bench中进行各工况分析，充分考虑了代表门座起重机门架结构实际极限承载状况的多种载荷组合，得到了较为准确的应力及位移分布规律，还发现了应力集中部位所在，对刚度突变部位进行加筋设计，效果良好，为门座起重机门架结构的设计提供参考。

［关键词］门座起重机；门架结构；三维建模；有限元分析［中图分类号］TH213.4 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2015）01-0092-03Finite element analysis of frame structure of portal crane based on SolidworksSUN Yong-sheng，LI Gang，LV Ming-hua门座起重机典型的门架结构呈板凳状，由圆筒体、箱形结构的主梁和端梁组成。

圆筒体上部的筒体法兰与回转支承连接，承受整机旋转部分的自重和外载荷。

门架的端梁连接4套行走机构，在轨道上行走。

利用有限元分析方法建立门架的有限元模型，按实际载荷分布进行加载、求解，能够获得实际的承载状况。

文献［1-3］对用经典ANSYS分析门架结构的方法、加载方式等进行了研究，但建模复杂且作了一定的简化。

随着大型3D软件的普及，现代起重机多采用3D设计，将3D模型直接导入到有限元软件中进行结构分析是一种趋势。

1 计算模型根据门座起重机的受载特点，运用SolidWorks 软件建立实际模型，导入大型有限元分析软件AN-SYS Workbench中，选择3种工况对门架结构进行静力学分析，分析结构的应力分布及变形规律，对门架结构进行合理评价，提出相关建议。

基于有限元法的门座起重机结构强度分析报告

基于有限元法的门座起重机结构强度分析报告本文基于有限元法对门座起重机结构进行强度分析，旨在评估结构的强度和稳定性，为更好地设计和维护门座起重机提供依据。

1. 强度分析方法有限元法是一种广泛应用于工程结构分析的数值方法，其基本思想是将结构离散化为有限数量的元件，将每个元件的力学特性用数学模型表达，通过计算这些元件之间的相互作用得到整个结构的力学行为。

本文采用有限元法对门座起重机结构进行强度分析，并通过有限元模拟软件进行计算和模拟。

2. 结构模型和分析参数门座起重机结构模型采用三维有限元模型，包括钢桥、起重机梁、斜帆杆、拉杆、塔柱和地基等部分。

在分析中，设置了风荷载、自重荷载、工作荷载等参数，以模拟门座起重机在不同状态下的受力情况。

3. 结果与分析通过有限元模拟软件对门座起重机进行强度分析后，得到了门座起重机结构的受力分布和应力云图等结果。

结果表明，在风速为20m/s时，门座起重机结构的最大应力位于钢桥部分的焊缝处，达到了207MPa；在工作荷载下，起重机梁的最大应力达到了180MPa。

综合分析得出，门座起重机结构在风荷载和工作荷载下受力较大，需要重点加强其钢桥、起重机梁和斜帆杆等部分的强度和稳定性。

4. 结论本文通过有限元法对门座起重机结构进行强度分析，得到了门座起重机结构的受力分布和应力云图等结果。

综合分析结果表明，在风荷载和工作荷载下，门座起重机结构的钢桥、起重机梁和斜帆杆等部分的应力较大，需要加强其强度和稳定性，以确保门座起重机的安全性和稳定性。

通过本次强度分析，可为门座起重机的设计和维护提供依据，并保障其运行和使用的安全性和可靠性。

相关数据是指与门座起重机结构强度分析有关的参数和结果数据。

针对门座起重机结构的强度分析，主要包括以下数据：1. 结构参数：包括门座起重机结构的几何参数，如钢桥、起重机梁、斜帆杆、拉杆、塔柱和地基等部分的尺寸、形状、材质等。

2. 荷载参数：包括门座起重机在运行和使用过程中所受的各种荷载，如风荷载、自重荷载、工作荷载等。

基于ANSYS的门座起重机门架结构优化设计

基于ANSYS的门座起重机门架结构优化设计苏文力【摘要】针对门座式起重机门架结构的特点,采用有限元分析软件ANSYS,建立MQ1625门座式起重机门架有限元模型,并对其结构进行有限元分析.在有限元结构分析的基础上,对其进行优化设计,得到了较满意的计算结果.门架的分析和优化结果为门座式起重机门架结构的设计和应用提供了有益的参考.【期刊名称】《湖北工业大学学报》【年(卷),期】2013(028)004【总页数】3页(P83-85)【关键词】门座起重机;门架;ANSYS;优化设计【作者】苏文力【作者单位】上海振华重工(集团)股份有限公司,上海200125【正文语种】中文【中图分类】TP203伴随着经济全球化趋势的不断加强，我国贸易总量不断提升，尤其是以港口为重要节点的国际进出口贸易繁荣发展．保证港口的正常高效运行，成为保证我国经济持续较快增长的前提[1]．某港口使用的MQ1625门座式起重机在使用过程中发现门架横梁和端梁连接处有裂纹，影响到该机的正常使用．笔者基于ANSYS有限元理论基础，对MQ1625门座起重机在臂架处于最大幅度起吊额定载荷工况下，对门架结构进行静力分析，通过对真实情况的模拟计算出门架的强度、刚度的分布，在此基础上，以减小门架横梁端梁连接处应力为目标进行结构优化．1 结构载荷计算通过对多种工况比较，得出的结论是：当门座起重机起吊额定载荷，旋转和变幅机构紧急制动，考虑工作状态最大风载荷，臂架处于最大幅度且平行于轨道方向时，门架横梁和端梁连接处处于最危险状况，MQ1625整机结构示意图见图1．为了方便分析及减少不必要的工作量，将作用于整机的外载荷折算到门架部分，仅选取门架部分进行分析(图2)．起重机最大幅度起吊额定载荷，经过折算，作用于门架圆筒中心的载荷为：Fx≈106 kN，Fy≈1 084 kN，Mx≈8 000 kN·m，My≈1 450 kN·m．图 1 MQ1625整机结构示意图图 2 MQ1625门架结构受力示意图2 门架结构有限元分析为了提高门架横梁的局部稳定性，横梁中设置有纵向加强肋和横向加强筋，纵向加强筋对横梁的强度刚度影响较小，建模时将其忽略．横向加强肋在实际焊接中多为非连续焊接，经多次建模计算比较，建模时仅设置大隔板即可．2.1 在前处理中建立有限元模型利用ANSYS的参数化建模技术建立门座起重机的有限元模型 [2]．单元类型选用板单元shell63，板厚通过定义单元实常数来设定．根据MQ1625门座式起重机设计图纸要求，门架材料为Q235钢，弹性模量Ex=2.06e11，泊松比μ=0.304，密度ρ=7 800 kg/m3．建模过程采用自下而上的方式，建立门架有限元模型并进行网格划分．完成后的有限元模型如图3所示．图 3 MQ1625门架有限元模型门架结构有限元模型是在不影响计算精度前提下的简化模型，模型的重量小于门架的实际重量，在施加载荷时需要对门架自身重量进行补偿．目前多采用以下补偿方法：质量补偿、密度补偿和重力加速度补偿．门架模型采用密度补偿法．2.2 在求解器中加载和求解[3]2.2.1 定义分析类型和施加约束分析类型为static，沿轨道方向端梁后两个支点施加除沿垂直轨道方向的转动约束外的其他约束，前两个支点施加除沿轨道移动方向的移动约束以及沿垂直轨道方向的转动约束外的其他约束．2.2.2 施加载荷载荷施加在横梁圆筒中间的节点上．采用MASS21单元划分关键点，然后将划分后的节点和圆筒上的节点耦合形成刚性平面，使得施加在节点上的力传递到门架上．2.2.3 施加重力载荷施加Y方向上的重力加速度9.8 m/s2．所有载荷加上后，执行求解运算．2.3 查看结果门架应力分布云图如图4所示．图 4 MQ1625门架应力应变分析从图4中可以看出，主梁的最大应力在横梁和端梁的连接位置，最大应力值为167.632 MPa．与实际过程中门架出现裂纹的位置一致．3 门架结构优化设计根据横梁和端梁连接处应力值较大的特点，依据材料力学原理、结构力学方法，结合ANSYS有限元分析软件和cad软件，对门架结构进行优化设计，在门架横梁和端梁的连接位置增加钢板来减少原设计中的应力集中现象．修改设计后的门架结构见图5．图 5 MQ1625门架优化设计根据修改后的门架系统建立新的门架结构．图 6 MQ1625门架优化设计有限元模型对优化后的门架进行ANSYS分析，加载求解，查看应力结果如图7．图 7 MQ1625门架优化设计分析结果对于门座起重机，根据《起重机设计规范》，应按第Ⅱ类载荷组合进行强度计算，即起重机正常工作条件下的最大载荷[4-6]．弹塑性材料许用应力为σ= σs/ns，其中σs为材料的屈服极限，ns为材料的安全系数(第二类载荷组合时取ns=1.4)．门架结构材料为Q235钢材，许用应力σ=167.857 M Pa．MQ1625门座起重机门架结构的最大合成应力为167.632 MPa，接近材料许用应力值，结构不安全．优化设计后的门架结构的最大合成应力为140.195 MPa，结构满足强度要求．从门架结构应力分布云图看出，优化设计后的门架结构应力变化平缓，各点没有产生显著的应力集中，故结构优化设计合理．4 结论本文通过对MQ1625门座起重机门架结构的分析，建立了由板单元shell63组成的有限元模型，得出了该结构形式的应力、变形的特征，并且进行了结构的优化设计，经过ANSYS分析得出，优化后的门架结构更加安全合理，为该类型结构的设计和改造提供了参考．[ 参考文献 ][1] 马霄. 利用ANSYS软件分析悬臂起重机金属结构的应力[J].起重运输机械，2004(5)：15-16.[2] 李淑华，李树森. 桥式起重机桥架结构的ANSYS有限元分析[J]. 林业机械与木工设备，2005,33(6):28-30.[3] 秦东晨，齐玉红.基于ANSYS的30t桥式起重机主梁结构优化设计[J].矿山机械，2011,29(5):46-49.[4] 计三有，苏运波，刘清.门座起重机臂架结构有限元分析[J].起重运输机械，2007(8):59-61.[5] 任会礼,李江波,高崇仁. 基于ANSYS的塔式起重机臂架有限元参数化建模与分析[J]. 起重运输机械，2006(9):11-13.[6] 郑玉巧,黄建龙,赵超凡. 基于ANSYS的龙门起重机主梁力学性能分析[J]. 矿山机械,2010(11):60-62.。

基于有限元的400吨全回转起重机结构强度分析

基于有限元的400吨全回转起重机结构强度分析作者：暂无来源：《智能制造》 2014年第6期针对“华尔辰” 海上风电工程专用船起重架顶部的400吨全回转起重机运用ANSYS软件建立起重机整机模型并分析计算结果，为起重机结构设计优化提供了理论依据。

武桥重工集团张征明一、引言“华尔辰”海上风电工程专用船(图1)是武桥重工集团总承包专为海上风电场建设打造的。

该船为非自航中心起吊式双体起重船，集风电单桩基础施工、风机整体运输、整体安装以及散拼安装多功能于一体，节约人力物力资源，大幅度降低海上风电场建设费用，显著提高工程效率。

其固定架最大起重量1200t，有效起升高度水线以上80m；起重架顶部设400吨全回转起重机，最大起升高度120m。

本起重机基于有限元软件ANSYS设计，运用有限元技术分析起重机整体结构强度可以有效提高设计效率、降低产品成本。

二、400吨全回转起重机概述400吨全回转起重机为动臂、全回转、电传动起重机，安装在高83m的起重架上。

主要应用于海上风力发电机散拼，跨海大桥起重施工作业。

吊机金属结构主要由吊臂、三角架、转台、回转底座以及辅助设备组成。

其中吊臂采用管材焊接的桁架结构形式，由主臂和副臂组成；三角架包括前撑梁和后拉杆，采用低合金高强度结构钢焊接成型，前撑梁和后拉杆在顶部通过两根销轴连接，底部通过四根销轴和转台相连，形成三角形结构；转台由主纵梁、前横梁和后横梁等组成，均采用低合金高强度结构钢焊接成型，转台顶部设有三角架支座，用于三角架连接安装。

400吨吊机的最大起重能力为6900tm（300t×23m），400吨主钩最大起吊高度为水面以上120m；拖航时起重机的吊臂搁放在起重架专用支架上，主副钩分别放入设置在船甲板面指定位置的钩箱内。

三、400吨全回转起重机模型建立根据经典力学结合数值计算软件Mathcad以及实际工程应用经验确定400吨吊机主要部件的初步设计方案。

然后利用ANSYS中前处理模块preprocessor建立整机模型（图2）。

某型船A型门吊基座及加强结构强度分析

2）此时前部基座主要受拉力作用，该力与X 轴正向成161。，因此对前部单个基座X方向的作用力为295*sin71°=279 kN,方向与X轴负向一致； Z方向的作用力为295*sinl9°=96 kN,方向与Z轴正向一致。
采用MPC的方式将上述载荷均匀施加基座
图7作用在后部基座上的最大作用力
有限元模型,模型取右手坐标系: X轴由船尾指向船首为正、y轴由右舷指向左舷为正、z轴垂向向上为正;其范围：纵向范围取旎封板至FR5舱壁、横向范围取船体全宽、垂向范围取船底到主甲板，甲板以下的横舱壁、舱壁扶强材、甲板强横梁、甲板纵桁和普通横梁等结构均包括在模型中。
1.2网格单元有限元模型主要采用壳单元(shell)和梁单元
图8作用在前部基座上的最大作用力
2.4强度衡准根据《规范》和文献［4］要求，强度衡准的许用
应力见表2。
单元类型
表2许用应力许用应力
梁单元
正应力Q]=0.67丘“=157.45 MPa 剪应力[t]= 0.39/?rW=91.65 MPa
板单元
相当应力[(r,]=0.8/tw=188 MPa
其中,尺”为材料屈服应力，235 N/mm2; o■，为相当应力（von Mises应力），采用单元的合成中面应力。
87.7
54.9
-85.5
17.7
第3期
王毅:某型船A型门吊基座及加强结构强度分析
85
将表3与表2的许用应力进行比较可知，本模型在最危险工况下的板单元和梁单元的应力计算结果均小于许用应力。因此，可认为该船型的A 型门吊基座及加强结构强度满足《规范》要求。图
图12梁单元最大剪应力
门吊基座模型的最大计算变形为1.70 mm。其最大变形云图见图13。

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]。

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。

在役造船门座起重机结构有限元分析及应力测试

1 起重机概况
某造船门座起重机已服役超过50年。该起重机额定起重量为12 t，最大工作幅度为32 m，具体技术参数如表1所示。整机金属结构包括组合臂架、人字架、平衡梁、转台和门架结构，其中组合臂架采用目前已不常见的拉索式组合臂架 [5]。该起重机工作时间长，金属结构有一定损伤，材料厚度均有所折减，计算时采用实际测量数据。
发生变化位置出现部分集中应力，象鼻梁和平衡梁总体应力
值比其他部件大。该起重机服役年限长，并且在有限元模型
建立过程中做了部分简化处理，因此计算结果的最大应力比
实际应力值大。
（下转第113页）
111
Sheji yu Fenxi◆设计与分析
表2 材料属性参数
材料密度 /（kg/m3）杨氏模量 /MPa
泊松比屈服强度 /MPa
Q235 7 850 2.06E+5 0.3 235
2.3 自由度约束起重机门架结构与地面基础是刚性连接，门架四个支腿
施加平动和转动的6个自由度约束。部件间的铰接在有限元软件中通过耦合节点并释放节点的转动自由度来模拟实现，如象鼻梁与臂架头部的连接，人字架头部与平衡梁之间的连接以及臂架下端与转台的连接。 2.4 载荷组合
统、电气控制系统及中央控制系统等18条生产线组成。各生产线通过自动滑橇输送系统和自动输送车系统将
各功能区有机地结合成一个整体，实现电机检修的有序流转和在线检修。

门座起重机钢结构有限元仿真计算

门座起重机钢结构有限元仿真计算苏芳，孙艳秀，聂文杰，张俊娜（太重（天津）滨海重型机械有限公司，天津 300452）［摘要］本文采用数值计算中的有限元理论和ANSYS程序对D4085门座起重机整体钢结构进行建模，分析各工况下钢结构的荷载，加载并求解有限元模型得出各工况下的结构应力，证明钢结构设计满足要求。

本仿真计算研究也为结构优化设计提供了参考。

［关键字］门座起重机；钢结构；有限元；仿真计算［中图分类号］TH123.5 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2020）07-0050-05FEM simulation and calculation of steel structures for portal craneSU Fang，SUN Yan-xiu，NIE Wen-jie，ZHANG Jun-na门座起重机属于臂架型起重机，其钢结构是机器的主要部分，是整机的骨架，承担着机械设备的各种载荷和自重。

因此，钢结构必须满足一定的强度、刚度、稳定性要求，才能保证机器正常使用。

本文使用有限元软件ANSYS对D4085门座起重机钢结构进行了仿真分析，并计算校核了各工况下的强度。

1 有限元模型的建立1.1 结构件建模D4085门座起重机钢结构由臂架系统、转台、转柱、人字架及门架组成。

臂架系统在建立有限元模型时分为3部分：桁架结构单臂架、柔性拉索钢丝绳和臂架上滑轮组。

桁架结构单臂架采用BEAM188单元（TIMOSHENKO梁，3D有限应变，计入剪切变形影响，自由度UX/UY/UZ/ROTX/ ROTY/ROTZ）建模；柔性拉索钢丝绳采用LINK180单元（3D有限应变杆，节点自由度UX/UY/UZ）建模；臂架上的滑轮组采用MASS21单元（点单元，自由度UX/UY/UZ/ROTX/ROTY/ROTZ）建模。

需要注意的是，本计算中使用的LINK180单元和MASS21单元的功能是模拟钢丝绳和滑轮组对起重机钢结构施加的载荷，其自身强度结果不在有限元计算中体现，所以臂架系统钢结构有限元计算只列出桁架结构单臂架（以下简称臂架）结果。

211136488_门座起重机结构强度测试与疲劳寿命预测

门座起重机结构强度测试与疲劳寿命预测雷斌1，21太原重工股份有限公司太原 030024 2智能采矿装备技术全国重点实验室太原 030024摘要：文中对D4085门座起重机进行现场静态应变测试，并叠加有限元分析得到的自重应力进行静态强度校核。

结果表明，该门座起重机在测试工况下的结构强度符合安全要求。

跟踪门座起重机的生产过程，基于动态应力测试结果，获取关键位置处的应力谱，并对其进行疲劳预测。

结果表明，以每天工作量10个完整作业循环估算，起重臂底节臂下弦杆的疲劳寿命可达6 310个额定负荷作业工作日。

关键词：门座起重机；结构；强度校核；有限元；疲劳寿命预测中图分类号：TH213.4 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2023）07-0023-06Abstract: In this paper, the static strain of D4085 portal crane is tested on site, and the static strength is checked by combining the dead weight stress obtained by finite element analysis. The results show that the structural strength of the portal crane meets the safety requirements under the test conditions. Following the production process of portal crane, based on the results of dynamic stress test, the stress spectrum at key positions is obtained and its fatigue is predicted. The results show that the fatigue life of the lower chord of the jib bottom section can reach 6 310 working days with rated load according to the estimation of the daily workload of 10 complete working cycles.Keywords:portal crane; structure; strength check; finite element method; fatigue life prediction0 引言门座起重机是一种广泛应用于港口、造船厂、建筑工地的装卸设备，可以在一定范围内单独实现起升、变幅、回转以及行走等动作或实现其中多种动作联动。

抓斗门座起重机关键技术研究与应用

抓斗门座起重机关键技术研究与应用吴宇震刘金旭陈之坤山东港口渤海湾港集团有限公司潍坊 261000摘要：随着自动化、智能化控制技术的快速发展，广泛应用于港口码头的抓斗门座起重机的自动化研究与应用成为很多港口企业、高校及科研院所的关注热点。

文中以抓斗门座起重机为研究对象，重点叙述了基于GNSS高精度冗余控制定位系统、高精度智能三维扫描技术、抓斗智能防摇技术、甩斗及掏舱作业技术、多机安全防撞系统、多机协同作业技术、自动化综合安防系统、基于HMI系统的远程操作平台、门座起重机智能运维技术、自动化门座起重机标准化等关键技术，实现了抓斗门座起重机自动化，改变了司机的传统作业模式，减轻了司机工作强度，提升了抓斗门座起重机装卸作业本质安全水平。

关键词：抓斗门座起重机；冗余控制定位；三维扫描；智能防摇；安全防撞；应用中图分类号：TH213.4 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2024）3-0050-05Abstract: With the rapid development of automation and intelligent control technology, the automation research and application of grab-bucket gantry crane, which is widely used in port terminals, has become the focus of many port enterprises, universities and scientific research institutes. In this paper, taking the grab portal crane as the research object, the key technologies such as high-precision redundant control and positioning system based on GNSS, high-precision intelligent three-dimensional scanning technology, grab intelligent anti-shake technology, bucket-throwing and cabin-digging operation technology, multi-machine safety anti-collision system, multi-machine cooperative operation technology, automatic comprehensive security system, remote operation platform based on HMI system, intelligent operation and maintenance technology of portal crane, standardization of automatic portal crane and so on are emphatically introduced. The realization of the automation of the grab portal crane completely changes the traditional driver’s working mode and reduces the driver’s work intensity and improves the essential safety level of the loading and unloading operation of the grab portal crane. Keywords:grab portal crane; redundant control positioning; three-dimensional scanning; intelligent anti-shake; collision avoidance; application0 引言随着海运贸易在世界范围内的发展，特别是国家“一带一路”倡议的提出，港口货物的运输规模呈逐步增长的趋势；而在港口货物的运输中，各种起重设备在船舶装卸过程中更是起着非常相当关键的作用。

[门式,有限元,起重机]基于有限元的造船门式起重机典型事故仿真研究

基于有限元的造船门式起重机典型事故仿真研究0 引言造船门式起重机广泛应用于船厂安装作业，其额定起重量从几吨到几百吨。

造船门式起重机以间歇、重复的工作方式，将重物通过起重吊钩或其他吊具悬挂在承载构件（如钢丝绳、链条等）上进行起升、下降、或升降与运移的机械设备，其最大特点是短周期的循环作业。

然而造船门式起重机在提高效率，节省人力的同时，也存在着巨大的安全隐患。

其中典型的事故工况有超载和碰撞。

超载会引起造船门式起重机的整机倾覆；主梁弯曲，主梁下盖板疲劳断裂；钢丝绳断裂，负载坠落。

碰撞会是柔性支腿失稳、疲劳断裂，从而导致整机倾覆或倒塌。

因此，对于造船门式起重机进行事故再现仿真非常有意义。

本文以300t-43mA型双梁造船门式起重机为研究对象，对超载和碰撞进行了模拟仿真，分析了运动过程中各部位力的情况，为造船门式起重机安全操作、研究以及评估提供了技术支持。

1 造船门式起重机的有限元模型本文以300t-43mA型双梁造船门式起重机为研究对象，它主要由主梁、柔性支腿、刚性支腿、大车、上小车、下小车组成，上跑车和下跑车上装有起升机构和运行机构，将货物吊起后可以沿着主梁上的布置的轨道前后运行。

造船门式起重机作业最大空间即上跑车和下跑车运行以及起升机构的升降动作形成立体状态的空间范围。

在PRO/E中对起重机进行参数化建模，遵循结构简化原则以及结合部特性参数的融合技术，以便提高有限元计算的精度。

2 事故仿真再现造船门式起重机的事故众多，如超载实验，风载试验，碰撞试验，坠落试验等，但是基于实际试验难以完成这些事故工况，故采用虚拟实验来完成。

2.1 超载试验负载满载150t，使用step函数设置负载载荷继续增大，电机驱动力矩随之增大，钢丝绳最终疲劳断裂，利用仿真描述模拟。

在0～4s时，随着负载载荷的不断增大，钢丝绳的拉力也随之增大，在4s时，由于吊重载荷超过了钢丝绳的抗拉强度，钢丝绳最终疲劳断裂，拉力变为0，负载坠落。

仿真过程中，钢丝绳拉力的最大值达到1.76106N，而在满载平稳状态下的拉力为 1.47106N，钢丝绳的动载系数约为1.76/1.47=1.19，这对钢丝绳的合理选用具有一定的参考意义。

起重机结构强度有限元分析

起重机结构强度有限元分析文鹏【摘要】门座起重机在现代贸易中水运货物的装载有着重要作用.本文主要是通过对门座起重机的相关发展情况,及对一个门座起重机案例的结构进行分析,深入研究门座起重机的结构相关情况.再通过ANSYS结构有限元分析平台,对门座起重机的模型建立、测试、结果计算等,给出了门座起重机的模型建立相关工况下的应力变化等,最后通过实验进行验证,验证计算机分析结果与实测的数据温和情况.实验结果表明:有限元分析结果与实测结果温和较好,对门座起重机的设计及性能与信息化等起到非常重要的作用.【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2017(000)019【总页数】2页(P39-40)【关键词】门座起重机;强度;有限元分析【作者】文鹏【作者单位】广东亨通光电科技有限公司,广东东莞 523808【正文语种】中文该型门座起重机的自重约为377吨，压重约为56吨，机体主要由上部的旋转部分和下部的运动部分组成，其中旋转部分由臂架系统、人字架、平衡重、转柱、转台等组成，旋转部分相对一些固定部分可旋转一周，此部分主要在环形空间中来升降货物，一般可由起升、变幅、旋转运动等方式而实现。

另外，运行的部分主要可分为为门架及运行台车，两者相结合。

其中该门座起重机关键的零部件为转柱、门架及臂架，主要负责起重机的承载等功能。

2.1模型建立2.1.1有限元网格本文中采用ANSYS有限元分析软件，对SDMQS1260/60E该机型有限元模型的建立，根据该机体的转柱的结构、门架结构、起重臂可相连，而简单的实现对空间梁单元BEAM188进行一个分析的工作。

该软件中将起重机机体空间分成9920个小的单元，18717个节点，这些为主要梁单元的截面参数。

2.1.2材料参数在本文中选取门座起重机的型号为SDM1260/60E，该机型材料选取的Q235普通钢。

常温下得到屈服极限为235MPa，定义弹性模量2.1×105Mpa，泊松比0.3。