基于ANSYS的起重机关键件强度及模态分析

３ ． １ ． ３ 求 解 和后 处理 设置求 解 方式 为从 当前 载 荷步 开始 求 解 ， 得 出应
作 者 简 介 ：凌 万 春 （ ｉ ９ ８ ７ 一 ） ，男 ，湖 南 岳 阳人 ，在 读 硕 士研 究 生 ，研究 方 向 ：火 炮 、 自动武 器 与弹 药 工程 。
２ ￣ ） １ ４年 第 ２期
基 于 ＡＮＳ ＹＳ的起 重机 关键 件 强度 及 模 态分 析
凌 万春
（ 中北 大 学 机 电 工 程 学 院 ． 山西 太原 ０ ３ ０ ０ ５ １ ）
摘 要 ：在 分 析起 重机 整体 结构 受 力 状况 的 基 础 上 ．选 择 工 字 梁为 关 键 件 ．基 于 ＡＮＳ Ｙ Ｓ软 件 ．对 悬臂 进 行 静 力 学 和 可 靠 性 分 析 。 结果 表 明 ，危 险 部 位 安全 系 数分 布 不 均 匀 ， 整 体 可 靠 性低 。 指 出 了起 重 机 的 易 损 部 位 。 这 对 提 高 构 件 的 可 靠 度 及 新 零 件 的 设 计 有 一 定 的 参考 意 义 关 键 词 ：ＡＮＳ Ｙ Ｓ ；起 重 机 ； 强度 ；模 态分 析
第 ２期 （ 总第 １ ８ ３期 ）
２ Ｏｌ ４年 Ｏ ４月
机 械 工 程 与 自 动 化 ＭＥ ＣＨ ＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥ ＥＲｌ ＮＧ ＆ ＡＵＴ（ ） Ｍ ＡＴｌ （ ） Ｎ
Ｎｏ． ２
Ａｐ ｒ ．
文章 编号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ — ０ ０ ８ ０ － ０ ２
（ ａ ）９ 阶模态
（ ｂ ）１ ０ 阶模 态
景
一
‘ 面 ９ ２ Ｅ － （ ］ ３ －
－ … ０ ３ … － ． ７ ４ 。 ０ Ｅ … － ０ 一 ４ ！ ＝ － 盎Ｅ 一 ０ ４
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２ ２ １Ｅ － ０ ３一 ．１ ６ ２ Ｅ —Ｏ ３一 ．１ ０３ Ｅ 一 ０３一 ．４ ４ ６ Ｅ一 ０ ４． １ ４ ３Ｅ 一 ０ ４
如图 １ 、 图 ２ 所示。
图 ３ 工宇 梁 受 力 简 化 示 意 图
ｒ ＋ ＋ ＋ ＋ ● ＋ ＋ ¨＋ ＋ ｝ ＋１ ｒ ¨１ ｒ Ｉ ｒ ＇ ＋ ， ● ＋ ＋ ＋ ＋
１ —２ ０ ０
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所示 。
图 ｌ 桥 式 起 重 机 结 构 示 意 图
图 ２ 工 宇 梁 截 面 示 意 图
２ 问题 分 析
对 工 字 梁力 学模 型进 行 简 化 ， 便 于 ＡＮＳ Ｙ Ｓ有 限 元 分析 。将起 吊梁 的受力 状 态简化 成其 自身 的 重力 Ｇ 和被 吊物体 重力 的叠 加 ， 将 重力 Ｇ 处理成 均布 面压
０ ０２ ０ ４８ ． ０ ０７ ２ ２１ ． ０ １ ２ ３ ９ ５ ．Ｏ １ ７ ５６ ８ ． ０ ２２ ７ ４１
．
０ ０ ４ ６ ３ ５ ．０ ０ ９ ８０ ８ ． ０ｌ ４ ９ ８１ ． ０ ２ ０ １ ５ ４ ． ０ ２ ５ ３ ２ ８
图 ８ 第 四 强 度 理 论 应 力分 布 图
机 械 工 程 与 自 动 化
・８ １ ・
力分 布 、 位移 分布 结果 图 ， 如图 ８ 、 图 ９所示 。
Ｘ
以起重 机 的工 字 梁 为关 键 件 ， 并根 据 起 重 机 的 实 际工作 情 况 ， 对 该构 件进 行强 度 与模 态分析 ， 得 出 以下 结论： ① 在 正常状 态 下 ， 受 力 点 为 工 字 梁 中 间处 ； ② 在 实际工 作 过程 中 ， 横梁受力状态复杂， 在多次、 变 化 的 载荷作 用 下 ， 设计 时 可结 合疲 劳敏 感 曲线 ， 通 过 改进 局 部 结构 或 提高 材料 的力学 性 能来 提高 构件 的可靠 性
２０ ０
图 ４ 工 字 梁 载 荷 以 及 边 界 条 件 示 惹 图
３ ． １ ． ２ 施 加 载荷
在创 建的 面上施 加边 界条 件是 为 了约束所 有 的 自 由度 ， 上表 面 整 体 施 加均 布重 力 ｑ ， 在 中 间 创 建 的 两 个 面上 施 加 均 布 载 荷 ｑ 。 ， 实际完成后模型如图 ７
３ ． １ 强 度 分 析
图 ７ 载 荷 以 及 边 界 条 件 模 型 图
３ ． １ ． １ 实体 建模 和划分 网格 基于 Ａ ＮＳ Ｙ Ｓ软件创建工字梁实体模型并划分 网格 。
收 稿 日期 ：２ Ｏ ｌ ３ — ０ ９ — １ ８ ；修 回 Ｈ期 ：２ ０ １ ３ — １ ０ — ２ ５
图 ６ 有 限 元 网 格模 型 图
力ｑ ， ｑ 一０ ． ０ １ ６ Ｎ／ ａｍ。 ｒ ； 被 吊物 体 的 重力 ｗ 处 理 成 均 布面 压力 ｑ 。 ， ｇ 。 一６ Ｎ／ ａｍ。 ｒ ， 以 中间 截 面 为 中心 ， 将 ｑ 分 为两部 分 。工字 梁 受 力 简 化 示 意 图 和 载 荷 以及 边 界条件 示意 图如 图 ３ 、 图 ４所示 。 ３ 工字 梁结构 强 度分析 和模 态分 析
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｐ ３ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ １ ． ７ ７： ＴＨ２ １ 文 献 标识 码 ：Ａ
１ 问题 描 述
工 字梁 实体模 型和有 限元 网格模 型 如 图 ５ 、 图６ 所示。
桥式起 重机在 吊装场 所 随 处 可 见 ， 在 起 吊重 物 时
对 梁 的强度 有一定 的要 求 ， 尤 其是 在起 吊时有动 载荷 ， 故 必须 充分 考虑 到动载 的影 响 。本 次 分析仅 考虑静 力 强度 ， 进 行 模态分 析是 为 了以后进 行 动态分 析做 准备 。 针对 桥式起 重机 ， 对其 结 构 和 起 吊梁 的截 面 参数 进 行 分析 。桥式 起重机 的结 构示 意 图和工 字梁 截面示 意 图