基于ANSYS的门式起重机有限元分析及结构优化
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
＿ １２ ４一 厂＝ ８ ． ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 一
６ ５ ｒｍ ５． ５ ａ
计算 Ｔ况 ５ ：起重 机为 非 工 作状 态 ，小 车 空 载 位于跨 巾 ，大 车 固定 于 轨 道 上 ，１ １级 风 ，风 载 方 向平行 于 主梁 。 整机 的结构 自重 由 ＡＮＳ ＹＳ系统 计 算后 自动 给
八３考 虑 ，故垂 直静 挠 度 应 不 大 于 Ｓ／ ０ 。该 起 ７０
小车 位 于 左 极 限 位 置 时 最 大 应 力 ，
Ｍ Ｐａ；
重机跨 度 Ｓ＝６ ）ｍｍ，ｓ ７Ｉ＝８ ． ｍｍ，所 以结 １ （） ５（ ／ ｛ｔ ７ ９ （
构静 刚度 满足 要求 。
［］一 ｄ
材料 的许 用应 力 ，ＭＰ 。 ａ
ｆ Ｓ ７０ ￣ ／０ （） ５
３ 结构 优 化
３ １ 优化 方 法选择 ．
３ ４ ２ 静 刚度 约束 条件 ．．
式 中 ． － 跨 中 垂 直 静 挠 度 ，ｍｉ ； ，一 － ｉ ｌ
通 过 ＡＮＳ ＹＳ对 门式 起 重 机 金 属 结 构 的分 析 ，
Ｓ一 门式 起重 机跨 度 ，ｍｍ。
１６ ０
建氙机拭
作 次数很 少 ，在计算 起 重机 由额 定起 重量 和小 车 白 重在 主梁跨 中引起 的垂 直 静挠 度 时 按 二 作 级别 Ａ２ ｒ
～
式 巾 Ｏｍｘ —小 车 位 于 跨 中 时 最 大 等 效 应 力 ， ＇ａ １ — ．
Ｍ Ｐａ；
（ ／ ｘ－ ＂ ］ ｍａ － ） ＇
２ Ｍ Ｐａ。 ５７
该起 重机 有关 计算 参数 如下 ： 小 车 自重 ６ ５ Ｏ ｇ １ ｌｋ ； 结构 总重 ５ ５ ８ ｋ ； ｏ ９ Ｏ ｇ
图 ２ 工况 ｌ应 力 分 布 图
起升 冲击 系数 （ ＝１ １ ； Ｄ ． ２
起 升动载 系数 ＝１ １ ．； 小车 运行 加速度 ａ ＝０ ０ ｍ／！ ．２ ｓ； 大车 运行 加速度 ａ ＝（ ０ ３ ｓ。 ［ ） ２ ｍ／！ 】 ． ｆ
出。
＝ １２ ４—６ ． ５—５ ． ８ ４８ ２＝
式 中
—— 主梁 自重 作用 下产生 的静 挠度 ，ｍｍ；
，— — 主 梁 初 始 上 拱 度 ，ｍｍ。
２ ２ 有 限元计算 结果 分析 ． 有 限元 分析结 果 如表 １ 所示 ，限于篇 幅 ，本文
考虑该 起 重机起 升最 大额 定起 重量 （ ｔ 的工 １０） ２
■Ｅ丑幽
霪ｌ
只列 出工 况 １下 的起 重 机 金 属 结 构 位 移 和 应 力 云
图 ， 如 图 ２ ３所 示 。 、
ｌ
交 ｅ蠡 ￡ 蠡 魏０鬻
荷 ，起 升 、下 降制 动 的惯性 载荷 ，风载 ，小 车 自重 及额 定起 重 量 ，其 它 设 备 如 电梯 、操 作 室 的 自重 等 。对加 强筋 等 的重量 则通 过调 整材料 的密度 因子 使之 符合 设计 图纸 中 的结 构 重量 。约束 处理 为 ：支 腿一侧 作 为刚 性 固定 处 理 ，另 一 侧 约 束 ５个 自 由
计算 工况 ３ ：小 车 位 于 右 极 限 位 置 （ 有 安 装 没
有 载人 升 降机 一 侧 ） ，小 车 满 载 制 动 ，大 车 制 动 ，
风 载方 向与 小 车 制 动惯 性 力方 向 相 同且 平 行 于 主
梁。
位 移 ／ ． １２ ４ １ ６ １ ｍｒ ８ ． ３ ．
该起 重机计 算载 荷按 照载 荷组 合分 为 以下 ５种
工况 ：
计 算Ｔ 况 １ ：小车 位于 跨 中点 ，起 升满 载 下 降 （ 启动 ） 制动 ，大 车制 动 ，风载方 向与大 车制 动惯性 力 方 向相 同且 垂 直于 主梁 。 计 算工 况 ２ ：小 车位 于安 装 有 载人 升 降 机一 侧
索 过程 中能 白适 应地 控 制 搜 索 空 问 来 求 得最 优 解 。
在 ｍａｌｂ 境 下 ，利 用 ｍａｌｂ ． ｔ 环 ａ ｔ ７ １自带 的 遗 传 算 ａ
发 现起 重机 金属 结构 的静 强度 和静 刚度 都满 足设 计
３ ４ ３ 上 弦受压 时 的单肢稳 定性 约束 条件 ．．
要 求 ，局部 静强 度还 有较 大裕 量 ，因此 利用 遗传 算
法 对起 重 机 的主 梁 进 行 优 化 ，以 达 到 节 约 成 本 目
的 。遗 传算 法是 一种 基于 群体 优化 的算 法 ，它在 搜
由表 １可看 出 ，前 ４个 工 『 兑整个结 构 的最大 应 力 值为 １ ４ ６ ａ ７ ． ＭＰ ，小 于材 料 的许 用 应 力 ；工 况 ５
结 构产 生最 大应力 为 ２ １ ８ ａ ６ ． ＭＰ ，大 于 材料 的许 用 应 力 ，位置 为主梁 斜腹 杆 ，结构 静强度 不 能满足 要 求 。主梁 最 大计算 静挠 度
距 支腿 最小安 全距 离左 侧点 ，小 车满 载制 动 ，大车 制 动 ，风载方 向与小车 制动 惯性 力方 向相 同且 平行
于主梁 。
图 ３ 工况 ｌ 移 分 布 图 位 表 １ ５种 工 况 下 的位 移 和 应 力 结 果
Ｔ 况 Ｔ ＿ 况 １ 工 况 ２ 工 况 ３ 工况 ４ 工况 ５
应力／ ＭＰａ １ ４ ７ １ ４ ６ ６ ． ７ ．
１８ ５ １３ ４ ３ ． ６ ．
１９ ２ ３ ． １６ ９ ３ ．
１５ ５ ６ ．
２１８ ６ ．
计算 工况 ４ ：起重 机为 非 工作 状 态 ，小 车 空 载
位于 跨 中 ，大 车 固 定 于 轨 道 上 ，１ １级 风 ，风 载 方 向垂 直于 主梁 。
度 ，车轮 沿轨道 方 向移动 自由度不 约束 。 对 该起 重机 按照 第二 类载 荷组 合 ，即起 重机 正 常工作 条件 下 的最大 载荷 进行 强度计 算 。结 构主要
部 件均 采用 Ｑ３ ５ ４ Ｃ钢 ，按 第二 类 载荷组 合 计算 时 ，
安 全 系 数 取 １ ３ ，则 Ｑ ４ Ｃ 钢 的 许 用 应 力 为 ．４ ３５
６ ５ ｒｍ ５． ５ ａ
计算 Ｔ况 ５ ：起重 机为 非 工 作状 态 ，小 车 空 载 位于跨 巾 ，大 车 固定 于 轨 道 上 ，１ １级 风 ，风 载 方 向平行 于 主梁 。 整机 的结构 自重 由 ＡＮＳ ＹＳ系统 计 算后 自动 给
八３考 虑 ，故垂 直静 挠 度 应 不 大 于 Ｓ／ ０ 。该 起 ７０
小车 位 于 左 极 限 位 置 时 最 大 应 力 ，
Ｍ Ｐａ；
重机跨 度 Ｓ＝６ ）ｍｍ，ｓ ７Ｉ＝８ ． ｍｍ，所 以结 １ （） ５（ ／ ｛ｔ ７ ９ （
构静 刚度 满足 要求 。
［］一 ｄ
材料 的许 用应 力 ，ＭＰ 。 ａ
ｆ Ｓ ７０ ￣ ／０ （） ５
３ 结构 优 化
３ １ 优化 方 法选择 ．
３ ４ ２ 静 刚度 约束 条件 ．．
式 中 ． － 跨 中 垂 直 静 挠 度 ，ｍｉ ； ，一 － ｉ ｌ
通 过 ＡＮＳ ＹＳ对 门式 起 重 机 金 属 结 构 的分 析 ，
Ｓ一 门式 起重 机跨 度 ，ｍｍ。
１６ ０
建氙机拭
作 次数很 少 ，在计算 起 重机 由额 定起 重量 和小 车 白 重在 主梁跨 中引起 的垂 直 静挠 度 时 按 二 作 级别 Ａ２ ｒ
～
式 巾 Ｏｍｘ —小 车 位 于 跨 中 时 最 大 等 效 应 力 ， ＇ａ １ — ．
Ｍ Ｐａ；
（ ／ ｘ－ ＂ ］ ｍａ － ） ＇
２ Ｍ Ｐａ。 ５７
该起 重机 有关 计算 参数 如下 ： 小 车 自重 ６ ５ Ｏ ｇ １ ｌｋ ； 结构 总重 ５ ５ ８ ｋ ； ｏ ９ Ｏ ｇ
图 ２ 工况 ｌ应 力 分 布 图
起升 冲击 系数 （ ＝１ １ ； Ｄ ． ２
起 升动载 系数 ＝１ １ ．； 小车 运行 加速度 ａ ＝０ ０ ｍ／！ ．２ ｓ； 大车 运行 加速度 ａ ＝（ ０ ３ ｓ。 ［ ） ２ ｍ／！ 】 ． ｆ
出。
＝ １２ ４—６ ． ５—５ ． ８ ４８ ２＝
式 中
—— 主梁 自重 作用 下产生 的静 挠度 ，ｍｍ；
，— — 主 梁 初 始 上 拱 度 ，ｍｍ。
２ ２ 有 限元计算 结果 分析 ． 有 限元 分析结 果 如表 １ 所示 ，限于篇 幅 ，本文
考虑该 起 重机起 升最 大额 定起 重量 （ ｔ 的工 １０） ２
■Ｅ丑幽
霪ｌ
只列 出工 况 １下 的起 重 机 金 属 结 构 位 移 和 应 力 云
图 ， 如 图 ２ ３所 示 。 、
ｌ
交 ｅ蠡 ￡ 蠡 魏０鬻
荷 ，起 升 、下 降制 动 的惯性 载荷 ，风载 ，小 车 自重 及额 定起 重 量 ，其 它 设 备 如 电梯 、操 作 室 的 自重 等 。对加 强筋 等 的重量 则通 过调 整材料 的密度 因子 使之 符合 设计 图纸 中 的结 构 重量 。约束 处理 为 ：支 腿一侧 作 为刚 性 固定 处 理 ，另 一 侧 约 束 ５个 自 由
计算 工况 ３ ：小 车 位 于 右 极 限 位 置 （ 有 安 装 没
有 载人 升 降机 一 侧 ） ，小 车 满 载 制 动 ，大 车 制 动 ，
风 载方 向与 小 车 制 动惯 性 力方 向 相 同且 平 行 于 主
梁。
位 移 ／ ． １２ ４ １ ６ １ ｍｒ ８ ． ３ ．
该起 重机计 算载 荷按 照载 荷组 合分 为 以下 ５种
工况 ：
计 算Ｔ 况 １ ：小车 位于 跨 中点 ，起 升满 载 下 降 （ 启动 ） 制动 ，大 车制 动 ，风载方 向与大 车制 动惯性 力 方 向相 同且 垂 直于 主梁 。 计 算工 况 ２ ：小 车位 于安 装 有 载人 升 降 机一 侧
索 过程 中能 白适 应地 控 制 搜 索 空 问 来 求 得最 优 解 。
在 ｍａｌｂ 境 下 ，利 用 ｍａｌｂ ． ｔ 环 ａ ｔ ７ １自带 的 遗 传 算 ａ
发 现起 重机 金属 结构 的静 强度 和静 刚度 都满 足设 计
３ ４ ３ 上 弦受压 时 的单肢稳 定性 约束 条件 ．．
要 求 ，局部 静强 度还 有较 大裕 量 ，因此 利用 遗传 算
法 对起 重 机 的主 梁 进 行 优 化 ，以 达 到 节 约 成 本 目
的 。遗 传算 法是 一种 基于 群体 优化 的算 法 ，它在 搜
由表 １可看 出 ，前 ４个 工 『 兑整个结 构 的最大 应 力 值为 １ ４ ６ ａ ７ ． ＭＰ ，小 于材 料 的许 用 应 力 ；工 况 ５
结 构产 生最 大应力 为 ２ １ ８ ａ ６ ． ＭＰ ，大 于 材料 的许 用 应 力 ，位置 为主梁 斜腹 杆 ，结构 静强度 不 能满足 要 求 。主梁 最 大计算 静挠 度
距 支腿 最小安 全距 离左 侧点 ，小 车满 载制 动 ，大车 制 动 ，风载方 向与小车 制动 惯性 力方 向相 同且 平行
于主梁 。
图 ３ 工况 ｌ 移 分 布 图 位 表 １ ５种 工 况 下 的位 移 和 应 力 结 果
Ｔ 况 Ｔ ＿ 况 １ 工 况 ２ 工 况 ３ 工况 ４ 工况 ５
应力／ ＭＰａ １ ４ ７ １ ４ ６ ６ ． ７ ．
１８ ５ １３ ４ ３ ． ６ ．
１９ ２ ３ ． １６ ９ ３ ．
１５ ５ ６ ．
２１８ ６ ．
计算 工况 ４ ：起重 机为 非 工作 状 态 ，小 车 空 载
位于 跨 中 ，大 车 固 定 于 轨 道 上 ，１ １级 风 ，风 载 方 向垂 直于 主梁 。
度 ，车轮 沿轨道 方 向移动 自由度不 约束 。 对 该起 重机 按照 第二 类载 荷组 合 ，即起 重机 正 常工作 条件 下 的最大 载荷 进行 强度计 算 。结 构主要
部 件均 采用 Ｑ３ ５ ４ Ｃ钢 ，按 第二 类 载荷组 合 计算 时 ，
安 全 系 数 取 １ ３ ，则 Ｑ ４ Ｃ 钢 的 许 用 应 力 为 ．４ ３５