基于ANSYS的桁架式桥梁检测车伸缩臂的结构优化设计
基于ANSYS的车架结构优化设计
1.3 本文的主要研究内容
本文以某运油车的车架为研究对象， 运用 CATIA 软件对车架模型进行简化与 建立，利用 ANSYS 对车架进行参数定义，网格划分，作用力施加，自由度约束。 对车架进行包括弯曲工况、扭转工况、急减速工况、急转弯工况的静态分析，对 位移图与应力图进行分析， 为提高车架与整车的设计水平提供了理论基础，对提 高安全性与节能提供了理论价值。同时也对车架进行了模态分析，得出固有频率 与振型图， 提高整车的设计水平， 对提高乘坐舒适性与避免共振提供了理论支持。
2 基于 CATIA 与 ANSYS元分析分为三个阶段， 即前处理是对几何模型划分网格，建立能够求解 的有限元模型；处理是施加作用力，进行自由度约束，建立边界条件进行求解的 过程；后处理是使用户查看求解分析结果，分析计算问题的实质，方便后期研究 分析。 （1） 有限元法的分析步骤 有限元求解问题的基本步骤包括： ① 结构离散化。 ② 选择位移模式。 ③ 分析单元的力学特性。 ④ 把所有离散单元的平衡方程整合成一个整体平衡方程。 ⑤ 由平衡方程求解节点位移。 ⑥ 计算单元应变和应力。 （2） 有限元法的特点 ① 对复杂几何构形的适应性 单元具有良好的空间性， 并且具有不同的形状与连接方式，在实际的应用领 域中许多繁琐复杂不规则的结构都可以进行网格划分建立有限元模型。 ② 对各种物理问题的适用性 由于场函数形式并未受到限制，因此适用于各种力学，电磁学等有关问题， 而且还可以用于相互耦合的各种物理有关的问题[7]。 （3） ANSYS 单元库体系 ANSYS 单元库体系中有对各种问题分析时所需的单元类型，每种单元类型都 有一个特定的标识，例如，SOLID45，SHELL28，BEAM24 等单元类型，其数字表 示编号，数字前面的是表示单元类型的前缀[9]，SOLID 表示实体单元，SHELL 表 示壳单元，BEAM 表示板单元。主要类型见表 2.1。
基于ANSYS的空间桁架结构拓扑优化设计
( 4) 在 得 到的 拓 扑优 化 结 果基 础 上, 利 用 APDL 命令提取和输出节点的坐标, 得出各节杆的 节距, 可以实现在满足一 定强度条件下杆的截 面 尺寸优化。
2 建模
AN SY S 拓扑 优化 功能 可以 用 于求 得 最 优结 构 , 以获得最大刚度、最小体积或最大 自振频率。拓 扑优化的原理是在满足结构体积减小量的条件 下 使结构的柔度极小化, 极 小化的结构柔度实际 就 是要求结构的刚度最大化, 优化过程是通过自 动 改变设计变量, 即单元伪密度 ( ) 来实现的。单 元伪密度 = 0的材料为可以删除的部分, 单元伪 密度 = 1的材料为保留的部分 [ 1, 2] 。
作 者: 魏文儒 地 址: 大连理工大学机械工程学院 邮 编: 116023
四连杆式带式制动器的结构与计算
中船重工集团第七 & 四研究所 姚化利 上海吴泾化工设计院 刘朝阳
带式制动器有多种结构形式, 本文介绍基本 式四连杆式带式制动器, 其结构原理源于普通 带 式制动器, 另外给出了具有代表 性的 2种动力 配 置结构形式: 螺杆动力式和两段螺 杆式。分析 了 其结构、功能特点和计算方法。
4 汪希萱, 曾胜 电磁式在线自动平衡系统及其动平衡方 法研究 热能动力工程, 2003, 18 ( 103): 53# 57
5 ISO 1925, Ba lanc ing - V ocabu lary, 1981
作 者: 程 峰 地 址: 山西太原中北大学机电工程学院航空宇航工程系 邮 编: 030051
ANSYS桁架优化分析实例
12．单击 OK 关闭对话框并打开 Get Element Table Sum Results 对话框。 13．在 Name of Parameter to be Defined 域输入 VTOT。 14．单击 OK 关闭对话框。 15 ． 选 择 菜 单 Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters 打 开 Scalar Parameters 对话框。 16．在 Selection 域输入 RHO=2.85E-4 并按 ENTER 键。本信息应显示在菜 单上。
第五步：定义实参 1． 选择 Main Menu>Preprocessor>Real Constants，打开实参对话框。 2． 单击 Add，打开实参对话框中单元类型。 3． 单击 OK，打开 LINK1 实参对话框。 4． 在实参序列号区域中键入 1。 5． 在横截面区域中键入 A1。 6． 单击 Apply。这将确认 LINK1 的实参并将 1000 输入实参 1 的横截面 区域。 7． 在实参序列号区域键入 2。 8． 在横截面面积区域键入 A2。 9． 单击 Apply。这将确认 LINK1 的实参并将 1000 输入实参 1 的横截面 区域。 10．在实参序列号区域键入 3。 11．在横截面面积区域键入 A3。 12．在 LINK1 实参对话框中单击 OK。 13．在实参对话框中单击 Close。
2． 单击 Add 定义单元表格并打开 Define Additional Elementary Table Items 对话框。
3． 在 User Label 域中输入 EVOL。 4． 在 Item,Comp Results Data Item 菜单的左列单击 Geometry，在右列单 击 Elem Volume VOLU。 5． 单击 OK 关闭对话框。 6． 在 Element Table Data 对话框中单击 Close。 7． 选择菜单 Main Menu>General Postproc>Element Table>Sum of Each Item 打开 Tabular Sum of Each Element Table Item 对话框。 8． 单击 OK 计算总和。SSUM 命令窗口将显示总和为 0.382842E+07。 9． 单击菜单条上的 Close 关闭 SSUM 命令窗口。 10．选择菜单 Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data 打开 Get Scalar Data 对话框。
ANSYS结构优化在起重臂设计中的应用研究
ANSYS结构优化在起重臂设计中的应用研究随着工程技术的不断发展，结构优化在各种工程领域中得到了广泛的应用。
起重臂设计作为机械设计领域中的重要分支，在应用中也面临着一系列挑战，包括重量减轻、强度提高、结构稳定性等问题。
在这些问题中，ANSYS结构优化技术具有着独特的优势，能够帮助工程师设计出更加优化的起重臂结构，提高其性能和效率。
一、ANSYS结构优化技术概述ANSYS是世界领先的工程仿真软件提供商，其结构优化技术能够帮助工程师对复杂结构进行优化设计，并有效地解决工程问题。
结构优化技术主要包括拓扑优化、形状优化、尺寸优化和拓扑尺寸优化等方法。
通过这些方法，工程师可以优化设计出更加轻量化、强度更高的结构，提高结构的性能和效率。
二、起重臂设计中的挑战起重臂是起重机的重要部件，负责吊装和搬运重物。
在起重臂设计中，通常需要考虑结构的重量、强度、刚度和稳定性等问题。
同时，起重臂通常工作在恶劣环境下，需要考虑结构的耐久性和可靠性。
因此，起重臂设计中面临着一系列挑战，需要工程师综合考虑多个方面因素来设计出最优的结构。
三、ANSYS结构优化在起重臂设计中的应用在起重臂设计中，工程师可以利用ANSYS结构优化技术来优化设计结构。
首先是拓扑优化，通过优化结构的拓扑形状，可以有效地减轻结构重量、提高结构强度和刚度。
其次是形状优化，通过优化结构的形状，可以进一步提高结构的性能和效率。
此外，还可以通过尺寸优化和拓扑尺寸优化等方法来优化设计起重臂的尺寸和结构布局，提高结构的工作效率和稳定性。
四、结论在起重臂设计中，ANSYS结构优化技术能够帮助工程师设计出更加优化的结构，提高其性能和效率。
通过结构优化技术，工程师可以优化设计结构的拓扑形状、形状、尺寸和布局，从而实现结构轻量化、强度提高、工作效率和稳定性等目标。
因此，ANSYS结构优化技术在起重臂设计中具有着重要的应用价值，有助于解决工程实际中面临的挑战，推动起重臂设计技术的发展。
219334121_基于Ansys_的移动伸缩堆料机臂架结构拓扑优化设计
30/ 2023年第10期基于Ansys 的移动伸缩堆料机臂架结构拓扑优化设计何 波1 魏鹏瞩1 孙小庆1 郭超杰2 忽 伟31东华大学机械工程学院 上海 201620 2上海山信机械有限公司 上海 2013153上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室 上海 200240摘 要：当前移动伸缩堆料机一、二级伸缩桁架整体存在结构庞大、复杂且笨重的问题。
为提高作业效率、降低企业制造成本，需对堆料机桁架结构进行优化设计。
文中以体积变量为基础进行桁架结构的拓扑优化，在优化域内建立了优化设计模型，应用Ansys Workbench 进行求解，利用拓扑优化以体积为关键参数进行桁架再设计。
综合考虑工程实际、装配等因素设计了优化后的三维模型。
最后对比优化前后仿真结论，在不降低桁架整体强度、刚度的基础上，优化后方案有效降低了整体质量，为新型桁架方案设计提供了参考。
关键词：移动伸缩堆料机；伸缩臂桁架结构；Ansys 有限元分析；拓扑优化中图分类号：TH246 文献标识码：B 文章编号：1001-0785（2023）10-0030-07Abstract: The first and second telescopic trusses of mobile telescopic stacker have some problems, such as huge structure, complexity and bulkiness. In order to improve working efficiency and reduce manufacturing cost, it is very important to optimize the truss structure of stacker. Topology optimization of truss structure is carried out based on volume variables, and an optimization design model was established in the optimization domain, which was solved by Ansys Workbench. Topology optimization was used to redesign truss with volume as the key parameter. After considering the engineering practice, assembly and other factors, the optimized three-dimensional model was designed. Finally, comparing the simulation results before and after optimization, it was found that the optimized scheme effectively reduces the overall quality without reducing the overall strength and stiffness of the truss, which provides a reference for the design of new truss.Keywords: mobile telescopic stacker; telescopic boom truss structure; Ansys finite element analysis; topological optimization0 引言移动伸缩堆料机是一种可移动、灵活度高、大型、高自动化的堆料设备，在国内外港口、粮食存储基地、煤炭矿场等场所有着广泛的应用[1]。
基于ANSYS?WORKBENCH的桁架结构的分析
基于ANSYS WORKBENCH的桁架结构的分析有不少朋友经常问到在WB中的桁架分析问题。
例如下面的桁架，有两个端点被固定，而在C处施加一个向下的集中力，如何计算该问题？在ANSYS APDL中，计算该问题非常简单。
但是在WB中，则比较麻烦。
对于线体模型，WB中默认的单元类型是BEAM188，如果直接使用默认单元会带来一些出乎意料的结果。
本文使用LINK180建模，这样就需要插入命令流。
下面说明使用LINK180的建模方法。
1. 创建静力学结构分析系统。
2. 创建几何模型（1）创建草图（2）根据草图生成线体模型创建圆形截面，其半径为10mm（该尺寸随便设置，后面会被覆盖）将截面属性赋予给线体模型3. 设置杆的单元类型在线体模型下添加命令在命令文件编辑窗口输入下列命令、上述命令的含义是：第1行，设置单元类型是LINK180第2-3行，设置截面类型是实心圆，且其横截面积是10mm24. 划分网格在MESH下添加一个单元尺寸控制，设置给所有边划分1等份。
网格划分结果如下图5. 施加边界条件该下面两个关键点施加固定支撑，给上面点施加数值向下的力100N,结果如下图6. 求解并进行后处理进行求解。
然后进行后处理。
可以发现应力，应变，能量等按钮均不可使用。
使用BEAM TOOL。
但是ANSYS表明，该梁工具不能使用。
添加BEAM RESULTS但是ANSYS表明，该梁工具也不能使用。
使用WORKSHEET所提供的自定义数据类型，选择其中的总位移结果、得到位移如下图读者可尝试使用WORKSHEET中的其它用户自定义结果，【评论】1. 通过在几何体模型后面添加命令，并编辑命令文本，可以设定单元为杆单元LINK180.2. 可以在MESH后添加尺寸控制，而对各根杆件设置网格划分份数。
3. 在后处理时，WB所提供的大多数后处理按钮均不可使用，此时只能使用WORKSHEET中提供的用户自定义变量。
某桁架式桥梁检测车垂直臂刚架结构的拓扑及尺寸优化
某桁架式桥梁检测车垂直臂刚架结构的拓扑及尺寸优化单龙;崔哲;任建峰;牛松;许伟龙;姜文光【摘要】以某桁架式桥梁检测车垂直臂为研究对象,利用ANSYS参数化设计语言建立了该垂直臂的三维实体参数化有限元模型,选择了三种典型工况对垂直臂进行了有限元静力结构分析.采用面面接触单元来模拟垂直臂与连接架滑块之间的滑动副,准确计算了垂直臂与滑块间的受力和变形情况.分析了垂直臂主管臂厚、弦杆臂厚以及拓扑结构参数弦杆分布密度对其强度、刚度的影响,为提高垂直臂构件的力学性能提供了理论依据.基于分析结果,选出了垂直臂的最佳几何构型并应用于实际产品.【期刊名称】《河北省科学院学报》【年(卷),期】2014(031)002【总页数】7页(P104-110)【关键词】桥梁检测车;垂直升降臂;拓扑优化;有限元分析;尺寸优化;接触分析【作者】单龙;崔哲;任建峰;牛松;许伟龙;姜文光【作者单位】清华大学机械工程系,北京100084;燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004【正文语种】中文【中图分类】TH12桥梁检测车是一种可以为桥梁检测人员在检测过程中提供作业平台，装备有桥梁检测仪器，用于流动检测和（或）维修作业的专用汽车。
它可以随时移动位置，能安全、快速、高效地让检测人员进入作业位置进行流动检测或维修作业［1］。
桁架式桥梁检测车采用通道式工作平台，稳定性好，承载能力大，使用时检测人员能方便地从桥面进入平台或返回桥面。
垂直臂是用来连接桥下工作平台与桥上车体，调节伸缩臂平台的升降，是主要受力构件，其强度和刚度对检测车在作业时的稳定性和安全性有着决定性作用，因此对垂直臂结构进行静力学计算分析是非常必要的［2］。
由于桁架式桥梁检测车结构一般较大并且非常复杂，所以以往人们多是在SolidWorks、Pro/E等三维造型软件中建好桥检车结构的几何模型，然后通过HyperMesh建立简化有限元模型，最后用有限元求解软件进行计算［3］。
【正式版】ansys优化桁架PPT资料
Ansys优化设计 图1 优化结果随优化次数变化规律
Ansys优化设计
（
）
（
）
收敛检查：当 目标函数值由最佳合理设计到当前设计的变化应小于目标函数的允差或从当前设计到前面设计目标函数的变化之小于允
ansys优化桁架
优选ansys优化桁架
案例模型
问题解决 总结与经验
案例模型
E68950M P a
2800kg/m3
许用170MPa
0 .0 0 1 m 2 A i 1 m 2 i 1 ,2 ,3 ,...,1 5
桁架结构优化问题的数学模型
m
i
n
W
15
ili Ai
s .t .
i
i1 许用
0.150 0.233 0.299 0.163 0.157 0.166 0.150 0.1456 7E+08 3E+08 2E+08 8E+09 0E+09 6E+09 9E+09 E+09
收敛检查：当 目标函数值由最佳合理设计到当前设计的变化应 小于目标函数的允差或从当前设计到前面设计目标函数的变化之 小于允差。同时要求最后的迭代使用最大斜率搜索，否则进行附 加的迭代。
一阶方法计算量大并且结果精确。但由于需要给出初始的设计 空间序列计算求解的，如果七点与接近的局部最小值很接近的话， 结果会接近于局部最小点而不能找到全局最小值。因此采用一节 方法计算可能找到的是局部最小值，而并不是我们要求的整体最 小值。
基于ANSYS分析的平面桁架结构优化设计
文章编号:1009-6825(2007)20-0054-03基于ANSYS 分析的平面桁架结构优化设计收稿日期:2007-01-29作者简介:李炳宏(1982-),男,后勤工程学院军事建筑工程系硕士研究生,重庆 400041李 新(1981-),男,后勤工程学院军事建筑工程系硕士研究生,重庆 400041李炳宏 李 新摘 要:以六杆平面桁架结构为例,利用大型有限元分析软件A NSYS5.7对其按照重量最轻的原则进行了优化分析,实现了利用AN SY S5.7进行结构优化设计的全过程,得到了重量最轻的优化分析结果,在满足工程要求的前提下,节约了大量的工程材料。
关键词:AN SY S,有限元分析,平面桁架结构,优化设计中图分类号:T U 323.4文献标识码:A1 概述在工程实践中,结构优化设计的方法一直是科学工作者和工程技术人员最为关注的问题之一。
从已有工程经验看,与传统设计相比,优化设计可以使土建工程降低造价5%~30%。
20世纪60年代以来,随着计算机计算能力的不断提高,人们把有限元分析的方法和各种数学规划方法相结合,并逐步发展成为一种系统和成熟的方法,使得结构优化的技术得到了更快的发展。
文中以六杆平面桁架为例,利用AN SY S 的优化分析功能对其按照重量最轻的原则进行了优化设计,方便快捷地得到了较好的优化结果(重量最轻),实现了利用AN SY S 的优化分析功能进行平面桁架结构优化设计的全过程。
2 有关ANSYS 优化分析的基本概念A NSYS 优化分析中包括的基本概念有设计变量、状态变量、目标函数、分析文件等。
1)设计变量是作为自变量,通过改变设计变量的数值来实现结果的优化,设计变量的上下限决定了设计变量的变化范围。
坏可能引起结构的连续倒塌和整体破坏。
研究火灾高温下,不同结构的性能变化规律;研究火灾高温下,结构连续倒塌和整体破坏的机理,是结构抗火研究的主要内容。
3.3 混凝土结构抗火设计方法的研究设想混凝土结构的抗火设计可从两个途径进行研究:1)把火灾的高温作用等效为一种荷载,与结构上的其他荷载(恒载、活载、风载、地震作用等)一起参与荷载效应组合,按概率极限状态设计方法进行设计,即建立考虑火灾高温作用的统一的结构设计方法。
基于ANSYS的桥梁检测车回转平台有限元分析及结构优化
１ Ｉ 弓 言
Ａｓ 对 进 结 静 学 析 确 其 力 布 律 变 Ｎ ｓ 其 行 构 力 分 ，定 应 分 规 和 形 Ｙ
铁路桥梁建成后 ， 由于受运行载荷 、 环境载荷等因素 的长期 情况 ， 根据分析结果对 回转平台结构优化， 以提高其强度 和刚度 、
铁路桥梁检测车是一种为桥梁检测人员提供作业平 台的专 研 究的 回转平台为板式焊接结 构 是 由底板 、 两个 高墙 板 、 用车辆 ， 用于桥梁流动检测或者维修作业 。 实践证 明， 在该作业平 上下盖板和若干横隔板焊接而成的薄壁箱型结构 承载情况和结
２３模 型离散 ．
回转平 台的绝大部分结构是由钢板组合焊接而成 ， 其几何 形状和受力特征满足平面薄板理论要求 ， 可选用板壳单元 （ｈｌ Ｓｅ ｌ ｅ ｍ ｎ） ｌ ｅｔ ｅ 对其进 行离散。与此同时， 对不满足薄壳理论 的主臂后 铰点 ， 采用实体单元（ｏ ｄ ｌ ｎ ） Ｓｌ ｅ ｔ ｉ ｅ ｍｅ 建模。 因此 ， 选用 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 单元
１６ ０
进行 以下 简化 ：
郑则坡等 ： 于 Ａ Ｓ Ｓ的桥 梁检 测车 回转平 台有 限元 分析及 结构优化 基 ＮＹ
第 ３期
材料密度为 ７ ５ ｌ￣ ｇ ｍ ， ． ｘ Ｏ ｋ／ ，其泊松 比为 ０３ ， ８ ｍ ．１弹性模量为 ２１ｘ ．２ １Ｓ ａ屈服极 限 ｔ＝ ６ ＭＰ ， ０ＭＰ ， ｒ ６０ ａ取安全 系数 ｎ ２ ， ， ＝ ｎ 则其许用应 力
利用ANSYS软件进行动臂(四连杆)优化设计
三.利用ANSYS软件进行动臂（四连杆）优化设计3.1有限元模型建立装载机整机的有限元模型是主要是针对力作用的直接部件进行的，主要包括装载机机身上的转台、主要工作部件铲斗、带动铲斗动作的动臂、动力件油缸、以及运动件连杆和摇臂组成。
在实际建模过程中，通常要求设定材料的性能参数与母材相同，这样做的原因是要对各构件的焊接接头进行连续处理，更为重要的一点是为了在后续精力分析中可以有一个光顺的网格划分，在进行有限元模型的建立中，为了更快捷的进行后续计算，以不至于施加于计算机太多计算负荷，将其中不影响结果数据的螺纹孔、倒角等结构进行了移除。
组件几何模型如图3.1所示。
图3.1 工作装置几何模型根据实际情况定义相应材料的性能，包括：弹性模量e = 2.06×106pa，泊松比μ= 0.3，密度ρ= 7850kg / m3。
每个部件均由solid186单元模拟，接头处的销轴由beam188单元模拟，联接单元由销轴与轴套之间的运动关系模拟，而液压缸则由连杆单元模拟。
通过设置诸如截面积，弹性模量和密度之类的参数来实现对实际液压缸的仿真。
要求将元素尺寸控制在15mm〜20mm之内，并在销轴上局部细化网格，这可以提高计算精度。
最后，为了以危险的姿势获得工作装置的整个有限元模型，需要组装每个部件的有限元模型。
有限元模型包括266783个单元，其中包括266638个实体单元，142个梁单元，3个杆单元和444467个节点。
最后，如果装载机转盘需要完全约束，则应采用边界条件。
通过上述过程计算得出的切向和法向挖掘阻力将作为有限元模型中的外部载荷应用于铲斗尖端，如3.2所示。
图3.2 工作装置有限元模型及边界载荷3.2工作装置静强度分析结果据了解，装载机的材料为 q460c 钢，屈服极限为[ ]=235×106 Pa。
结果表明，工作装置的最大应力为802mpa，该应力发生在提升臂的上吊耳的铰孔和铲斗杆的油缸，远远超过了材料的屈服极限。
基于ANSYS的车架结构优化设计
基于ANSYS的车架结构优化设计车架结构在汽车工程中起着至关重要的作用，它是支撑整个车辆的骨架，承受着来自地面、悬挂系统和动力系统的力和扭矩。
为了满足车辆的性能要求，提高安全性和降低噪音振动，车架结构需要进行优化设计。
本文将通过使用ANSYS软件进行车架结构优化设计，并详细介绍整个优化设计过程。
第一步是建立车架的有限元模型。
有限元分析是一种以离散化方法来近似连续物体的一种数学方法。
在车架结构的有限元建模中，可以使用SOLID186单元来模拟车架的实体结构。
同时，还需要将汽车的质量、车轮的载荷等加载到有限元模型中。
第二步是进行静态结构分析。
静态结构分析是车架结构优化设计的基础，可以评估车架在不同载荷情况下的应力和变形情况。
在进行静态结构分析之前，需要根据汽车设计标准和车辆使用条件来确定适当的载荷情况。
采用ANSYS软件进行静态结构分析，可以得到车架的应力和变形分布情况。
第三步是进行优化设计。
优化设计是车架结构设计中的重要环节，可以通过调整车架的材料、形状和尺寸等参数来改善车架的性能。
在ANSYS 中，可以使用自动优化工具进行优化设计。
首先，需要定义优化目标函数和约束条件，例如最小化最大应力、最小化车架的质量等。
然后，可以选择不同的优化算法，如遗传算法、粒子群优化等，来最优解。
通过多次迭代和分析，可以逐步得到最优的车架结构。
第四步是验证优化结果。
在优化设计完成后，需要进行验证来确认优化结果的可行性和有效性。
可以对优化后的车架结构进行静态结构分析、模态分析和疲劳寿命分析等，来评估车架的性能和可靠性。
如果结果满足要求，就可以进行后续的制造和测试。
总之，基于ANSYS的车架结构优化设计可以帮助工程师更好地理解和改善车架的性能。
通过使用ANSYS软件进行有限元建模、静态结构分析、优化设计和验证，可以得到最优的车架结构，提高汽车的性能和安全性。
同时，车架结构优化设计还可以减少材料的使用和降低成本，对环境也有积极的意义。
基于ANSYS的汽车起重机伸缩臂滑块结构的优化设计
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基于ANSYS的桥梁检测车有限元分析及优化1
摘要桥梁在一个国家的交通运输和经济发展中占有十分重要的位置，而桥梁的检测则是保证桥梁安全运营的重要手段。
随着技术的发展，桥梁检测车已经发展成为专业桥梁检测领域中必不可少的专用设备，桁架式桥梁检测车更是代表了桥梁检测车的主流发展方向，具有广阔的市场前景。
本文的研究对象为QJS18C桁架式桥梁检测车，采用有限元法对该车结构进行了有限元分析和优化。
本文认真研究了桥梁检测车的结构组成和工作原理，对桥检车各组成部件进行了合理的模型处理和简化，利用有限元分析软件ANSYS的APDL语言，采用自底向上的建模方式，建立了各部件的有限元参数化模型。
按照真实情况采用合理的方式模拟各部件间的连接关系，将各部件组成一个整体。
通过以上工作建立了桁架式桥梁检测车整车的有限元分析模型。
本文首先对桥梁检测车整车结构进行了静力分析，选取了桥检车工作过程中常用的10种工况，按实际情况施加约束和载荷，获得了不同工况下各部件的应力分布和变形等详细力学性能；针对该10种工况，对上车工作装置进行了模态分析，确定了结构的固有频率和模态振型等信息，可避免结构在工作过程中发生共振现象。
然后取垂直臂为主要研究对象，采用接触单元来模拟垂直臂与滑块之间的滑动连接，得到了更为精细准确的结果，通过改变垂直臂的结构参数进行分析比较，可以看到不同参数变化对垂直臂性能的影响；取工作平台为主要研究对象，分析了伸缩臂的受力特点，按实际情况进行加载对危险工况下的滚轮和伸缩臂进行了接触分析，获得了接触区域的应力、应变分布，并比较了不同的滚轮材料对接触行为的影响，为设计过程中零部件的选型提供了理论依据。
最后为实现整车轻量化和提高整车的性能和稳定性，对关键部件进行了优化和改进，包括对支腿的板厚进行优化减重，对车架平台和一回转设计不合理的地方进行改进等。
改进的结果不仅减少了整车重量，而且提高了整车性能。
论文中提出的一些方法可用于同类型的桥检车的分析中，论文的分析成果为设计人员对结构的改进和优化提供了理论依据。
基于ANSYS的桁架结构优化
基于ANSYS的桁架结构优化【摘要】空间桁架结构广泛应用于工程各种领域，其结构的力学分析及优化，是桁架结构设计中的关键技术难题。
本文利用ansys 软件，采用apdl语言编制用户程序，对混凝土运输系统的桁架结构进行在四种不同设计方案进行优化比选，最终选择既满足工程实际又经济的桁架结构。
【关键词】 ansys 桁架结构优化选型1 工程概况混凝土运输系统是大体积混凝土工程顺利实施的关键。
混凝土熟料从拌和系统出来后经水平运输和垂直运输到浇筑作业面，施工中，根据地形、工程量、混凝土性质和企业能力等采用不同的运输方式。
对于水平运输，中小型工程一般采用斗车或罐车，大型工程一般采用罐车、自卸汽车或皮带机运输；对于垂直运输，中小型工程一般采用溜槽、人工翻仓、汽车吊、输送泵等，大型工程一般采用塔式起重机、门式起重机、塔带机和缆机等。
某水库是一座大（2）型水库，其进水塔为2级建筑物，相邻的两个进水塔高度分别为102m和86m，均为岸坡式建筑物，混凝土工程量13.2万m3，塔体采用限裂设计。
[1]结合两个进水塔均为岸坡式建筑物，根据现场地形确定了以下运输方案。
在施工道路旁架设皮带机（简称1#机）进行水平运输，通过铅直布设的box管进行垂直运输，box管的下端再架设一条皮带机（简称2#机）把混凝土输送给仓面布料机，360°旋转的仓面布料机两端挂直径420mm的象鼻溜管进行仓面布料，当完成2～3个浇筑层（一般每层3m）需要上升布料机时，用900tm塔式起重机把2#皮带机和布料机提升布设，进行下一循环的作业。
该方案虽然能够满足施工强度要求，资金投入相对较少，但亟待解决混凝土输送桁架结构选型这一技术问题。
2 桁架结构的有限元模型有限元模型建立是否恰当会直接影响到工程计算结果的可靠性。
所谓建立模型，就是结构的离散化，对结构施加约束条件和荷载，然后进行计算分析。
因此，选择合适的计算模型和单元模型是十分重要的。
本文中，在建立ansys模型时采用杆单元link8来模拟二力杆，可用梁单元beam4来模拟可承受拉、压、弯、扭的受力单元。
基于Ansys的汽车起重机伸缩臂参数优化设计
型 及 各 截 面 尺 寸 参 数 较 多 ，使 得 在 设 计 臂 架 时 往 往 不 能 在 满 足 吊 载 工 况 的 情 况 下 使 臂 架 自重 最 轻 ，而 臂 架 的 自重 对 吊载 有 重 大 影 响 。 因 此 ，
解 决 滑 块 与臂 架 之 间 的 接 触 问题 。采 用 Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ的
接 触 单 元可 以很 好 的实 现 ，但 因模 型规 模 大 ，且 接 触 问 题属 于 非线 性 问题 ，求 解 时 的反 复 迭 代 计
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｔ ｒ ｕ ｃ ｋ ｃ ｒ ａ ｎ ｅ ；ｔ ｅ ｌ ｅ ｓ ｃ ｏ ｐ ｉ ｃ ｂ ｏ ｏ ｍ ；ｏ ｐ ｔ ｉ ｍａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ；ＡＰ ＤＬ ｌ ａ ｎ ｇ ｕ ａ ｇ ｅ；ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ —ｗ ｅ ｉ ｇ ｈ ｔ
０ 引 言
缺点 ，对 臂架截面尺寸参数采用基 于 Ａ Ｐ Ｄ Ｌ语 言的 Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ 进行优化设计 计算 ，在满足应力 和变形的情况下实现质
量最 轻 ，从而实现 了轻量化设计 。 关键词 ：汽车起重机 ；伸缩臂 ；优化设计 ；Ａ Ｐ Ｄ Ｌ语 言 ；轻量化
中图 分 类 号 ：Ｔ Ｈ ２ １ ３ ． ６ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ １— ０ ７ ８ ５（ ２ ０ １ ３ ）０ １ — ０ ０ ２ １— ０ ４
基 于 Ａｎ ｓ ｙ ｓ的汽 车 起 重 机 伸 缩 臂 参 数 优 化 设 计
ANSYS在桥梁检修车结构设计中的应用
ANSYS在桥梁检修车结构设计中的应用作者：王春芳孔旭来源：《科技视界》 2014年第8期王春芳孔旭(武桥重工集团股份有限公司，湖北武汉 430065)【摘要】介绍了一种桥梁检修车主体结构，用ANSYS有限元中的梁单元及壳单元建立了检修车主体结构模型，并进行了强度分析，对于局部应力较大的位置进行了局部加强，提高了结构整体强度，减小了应力集中，使整个结构更为合理。
【关键词】桥梁检修车；梁单元；壳单元；强度分析0 前言桥梁检修车是桥梁检查维护的一种专用设备，能够快速、便捷、安全地将桥梁检修维护人员送达指定的作业位置。
其主体结构采用桁架式结构，而随桥梁结构的多样化及对检修车多功能的要求，检修车结构也逐渐变得复杂。
复杂的结构对结构强度计算带了带来了不便，ANSYS有限元分析方法在结构的静力学分析中应用十分广泛，对于用细长杆件型材制成的桁架结构，通常采用梁单元模拟分析；对于局部加强的筋板通常采用壳单元进行模拟。
采用ANSYS有限元的分析方法能够快速地计算结构各部分受力情况，及时发现设计中应力集中的位置并迅速进行修改，从而提高设计效率。
1 一种桥梁检查车1.1 检查车主体结构如图1所示，根据桥梁结构及对检修功能的要求设计了图示结构桥梁检修车。
其主要由上桁架，下桁架，伸缩桁架及走行系统等组成。
走行系统布置在上桁架上；上下桁架通过回转支撑连接；通过下桁架上布置的滚轮，伸缩桁架可在下桁架内做伸缩运动。
桥梁为变截面预应力混凝土梁结构，沿桥梁纵向布置有轨道，检修车走行系统在轨道上走行，将桥梁检修维护作业人员送到桥梁各个待检修维护的位置。
检修车在连续变截面梁跨中运行时，下部伸缩桁架根据梁截面变化在一定范围内伸缩运动；检修车通过桥墩时，中间伸缩桁架可断开，两边小车可独立走行，使小车能够顺利通过桥墩；两侧小车各自通过桥墩后，两侧小车又连为一体，协同作业。
小车主体结构采用标准型材制成的桁架结构。
上桁架主弦杆采用120×80×6矩形管，腹杆件采用70×70×5方形管；下桁架主弦杆采用70×70×5方形管，腹杆采用50×50×5方形管；伸缩桁架主弦杆采用50×50×5方形管，腹杆采用40×40×4方形管。
基于Ansys的桁架结构起重机臂架局部稳定性分析系统
文章 编 号 ：１ ０ ０ １— ０ ７ ８ ５（ ２ ０ １ ３ ）０ ５— ０ ０ ５ ６—０ ４
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｉ ｍｉ ｎ ｇ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｙ ｉ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｉ ｎ ｇ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｒ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ｃ ｒ ａ ｎ ｅ ｂ ｏ ｏ ｍ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ
机
摘 要 ：针 对 工 程 中桁 架 结 构 起 重 机 臂 架 局 部 稳 定 性 分 析 困难 的 现状 ，采 用 结 构 参 数 化 设 计 方 法 ，运 用 Ａ ｎ —
ｓ ｙ ｓ 二次开发 Ａ Ｐ Ｄ Ｌ语 言 ，通过建立桁架 结构起重机臂 架参数化有 限元模型 ，探讨 和解 决 了在 开发桁架结构起 重 机臂 架局部稳 定性 系统时压杆稳定计 算方法的 比较和选择 、系统结构和逻辑 、系统实现 的关键点和难 点等问题 ，
一
汤 文治 王贡 献 袁建 明 武汉 ４ ３ ０ ０ ６ ３ 武 汉理 工大 学物流 工程 学 院
开发 了基于 Ｖ Ｂ ６ ． ０和 Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ的桁架结构起重机臂架局部稳定性分析 系统 。 关键词 ：起重机 ；桁架式臂架 ；稳定性 ；分析 ；结构
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｈ ２ １ ３ ． １ 文 献标 识码 ：Ａ
取 和综 合 ，开发 了 桁 架 式 臂 架 参 数 化 稳 定 性 分 析
系统 ，实现 了建 模 参 数 化 、结 果 可 视 化 和 处 理 自
动 化 ，为用 骤 ， 解 决 了工 程 中桁 架 结 构 臂 架 局 部 稳定 性 分 析计 算
ANSYS软件在桁架结构优化设计中的应用
Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软 件 在 桁 架 结 构 优 化 设 计 中 的 应 用
张
（ １ ． ２ ４ １ １ ０ ０）
２ ４ ３ ０ ０ ０； ２ ． 芜 湖县重 点工程建设管理 局， 安徽 芜湖
摘
要： 以一个 实际桁架 为例 ， 利用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软件 的优化 设计模块 ， 并采 用 Ａ Ｐ Ｄ Ｌ语言 编制 用户程序 ， 在两种 不同设计 工况 下分 别
由于大多数 的常用桁架是 由比较 细长 法标 志着对优 化设计研 究进 入 了新 的 阶段。国 内学 者也 在该 领 进行结构实验的结果表明 ， 而且 承受 的荷载大 多数都是通过其 他杆件传 到节 域进行 了大量的研究 ， 如隋允康等对桁架 结构离散 变量 的优 化问 的杆件所组成 ， 这就使得桁架节点 的刚性对杆 件 内力 的影 响可 以大 大的减 题 进行 了研究 ， 通 过函数变 换找 到 了满 应力 的映射解 ， 并 结合 桁 点上 ， 小 ， 接近于铰的作 用， 结构 中所有的杆件在荷 载作用 下 ， 主要 承受 架拓扑优化特点提出了 Ｉ Ｃ Ｍ（ 独立 、 连续 、 映射 ） 方法 。随着 计
・
４ ０・
第３ ９卷 第 ２期 ２ ０ １ ３年 １月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖ０ｌ ＿ ３ ９ Ｎｏ ． ２
Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ３
文章编号 ： １ ０ ０ ９ — ６ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ４ ０ — ０ ２
实 际受力 情况 复杂 ， 要对 它们进 行 要求 ； 桁架结构 的优 化设 计思 想从 ＭＩ Ｃ Ｈ Ｅ Ｌ Ｌ 桁 架理 论 的 出现 及所用 的材料是多种 多样 的 ， 精确 的分析是 困难 的。但根据 对桁架 的实 际工作 情况 和对桁 架 至今 已有近百年历史 ， Ｂ Ｅ Ｎ Ｄ Ｓ Ｏ Ｅ等 提 出的 多工况 拓扑 优化 方
基于ANSYS的桁架等截面优化设计
基于ANSYS的桁架等截面优化设计摘要:在对工程上常用的三杆桁架结构的设计中，利用大型有限元分桁软件ANSYS对该结构进行了等截面优化分桁，得到了最合理的结构形式和尺寸，在满足工程要求的情况下，节省了大量的工程材料。
关键词:三杆桁架；等截面；优化设计；ANSYS1 引言桁架结构由于具有自重轻、造价较低和施工简单等诸多优点，在包括大型工业厂房在内的工程领域得到了广泛的应用[1].随着对设计质量要求的不断提高，人们一直在探索如何在保证桁架结构安全的前提下，减少材料用量，降低成本，以满足经济性的要求;桁架结构的优化设计思想从MICHELL [2]桁架理论的出现至今已有近百年历史，BENDSOE等[3]提出的多工况拓扑优化方法标志着对优化设训一研究进入了新的阶段。
国内学者也在该领域进行了大量的研究，如隋允康等对桁架结构离散变量的优化问题进行了研究，通过函数变换找到了满应力的映射解，并结合桁架拓扑优化特点提出了ICM(独立、连续、映射)方法[4]。
随着计算机技术的发展，人们开始利用ANSYS等软件对工程结构进行有限元分桁和优化设计。
APDL是ANSYS参数化设计语言，它是一种通过参数化变量方式建立分桁模型的脚本语言[5-6], ANSYS提供了两种优化方法即零阶方法和一阶方法。
除此之外，用户还可以利用自己开发的优化算法替代ANSYS本身的优化方法进行优化设计。
本文利用APDL优化设计模块编制用户程序，对一个实际析架进行了结构优化。
结果表明运用ANSYS进行析架结构优化设训一可以有效提高设计质量，具有广泛的运用前景。
2 析架有限元模型的简化和假设在工程应用中，实际的析架结构形式和各杆件之间的联结以及所用的材料是多种多样的，实际受力情况复杂，要对它们进行精确的分析是困难的。
但根据对析架的实际工作情况和对析架进行结构实验的结果表明，由于大多数的常用析架是由比较细长的杆件所组成，而且承受的荷载大多数都是通过其他杆件传到节点上，这就使得析架节点的刚性对杆件内力的影响可以大大的减小，接近于铰的作用，结构中所有的杆件在荷载作用下，主要承受轴向力，而弯矩和剪力很小，可以忽略不计。
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「#$%&Lifti$g Fo「ui
吊装专栏
基于ANSYS的桁架式桥梁检测车伸缩臂的结构优化设计
孙小军&王艳辉&崔哲&李善辉2
&.徐州徐工随车起重机有限公司江苏徐州221000；2.燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066000
摘要伸缩臂为桥梁检测车主要承重部件，其刚度和强度直接影响桥梁检测车整机可靠性和工作人员的安全性。
因此，其结构形式是桥梁检测车设计中重要的一环。
本文以某型号桥梁检测车伸缩臂为研究对
象，运用ANSYS软件建立8种不同形式伸缩臂的有限元模型，取其典型工况进行有限元分析。
通过
分析结果，综合考虑整机位移、伸缩臂等效应力和重量，选取了伸缩臂的最优设计方案。
同时，该分析
结果也为其他桥梁检测车的伸缩臂结构设计提供了依据。
关键词桥梁检测车伸缩臂有限元分析优化设计
中图分类号TQ082文献标识码B文章编号1672-9323(2019)01-0022-03
随着国家对交通建设投入的逐年增大，我国桥梁数量迅速增加［1］。
但由于桥梁长期处于工作状态，会出现结构老化以及产生疲劳裂纹527…因此，需要定期对桥梁进行检测与维护，这就需要桥梁检测车来完成。
伸缩臂是桥梁检测车的执行机构，除受自身重力外，还承受外加载荷，其设计的合理与否直接影响整机的稳定性和安全性53-87。
因此，在满足基本臂、伸缩臂大刚度和强度的需求前提下，最大限度伸缩臂是桥梁检测设计
解决的重要问题。
为此,建立了8种典型伸缩臂方案有限元模型，运用ANSYS软件进行有限元分析，对该8种方案的最大等效应力、最大位移和质量进行比较，以确定伸缩臂结构最优方案。
1伸缩臂有限元分析
1.1伸缩臂结构介绍
某型号桁架式桥梁检测车，其结构主要包括底盘、、主臂、接、直臂、、本臂伸缩臂
等，如图1所示。
图1桁架式桥梁检测车结构示意图
工作本臂伸缩臂，伸缩臂通过
和滑道与基本臂连接，通过拖链驱动完成伸缩臂的伸
石油化工建设2019.011
22
「#$e & Lifting Fo 「ui
吊
缩动作。
由于桁架结构具有轻盈、跨度范围大等优点, 所以伸缩臂采用桁架结构。
桁架伸缩臂结构设计方案
非常丰富，其中比较典型的8种结构形式如图2所示。
b
NZNZNZIZIZIZl/l
d
e
h
g
图2 8种伸缩臂结构设计方案示意图
1.2伸缩臂有限元分析模型
为保证伸缩臂计算的准确性，选取上车结构作为
整体进行有限元分析。
分析工况为桥梁检测车工作时
最危险工况，即主臂变幅30°，二回转变幅60°，伸缩 臂伸出5600mm ,基本臂和伸缩臂施加600kg 均布载
荷。
结构件均采用solid186单元。
伸缩臂有限元分析模型如图3所示。
图3伸缩臂分析整机有限元模型
该桥梁检测车转台、主臂、连接架的材料均选用碳
素结构钢Q690,垂直臂和二回转的材料均选用碳素结
构钢Q550,基本臂和伸缩臂的材料均选用7005铝管,
取结构件安全系数8=2.75。
各部件材料属性如表1所 示。
2有限元分析结果
该型号桥梁检测车在最危险工况下方案d 整机位
移分析结果如图4所示。
其中伸缩臂臂头最大位移为
354mm 。
表1材料性能参数
材料名称
屈服强度 (MPa )
抗拉强度 (MPa )
安全系数
许用应力 (MPa )
Q690690650 2.75250Q550
550
780 2.75200
7005铝管305213
2.75
110
0 39 78 118 157 197 236 275 315 354
图4方案d 整机位移云图
方案d 伸缩臂等效应力如图5所示。
0 9 19 29 39 49 59 69 79 89
图5方案d 伸缩臂等效应力云图
由图5可以看出，方案d 最大等效应力位于基本
臂 伸缩臂 的 方, 其 方案的计算结
伸缩臂最大 均 于 。
型号桁架式桥梁检测车伸缩臂8种方案计算结
果如表2所示。
从表2可见，该型号桁架式桥梁检测车8种方案
伸缩臂臂头最大位移位于354〜372mm 之间，其中方
案c 和方案d 位移最小。
从最大应力计算结果可以看
出，较好方案有方案f 、A 和d 。
通过对比该8种方案的
,
方案 c 和方案 d 的 最 。
基于以上对某型号桁架式桥梁检测(下转30页)
23
|石油化工建设
2019.01
rane&Lifting Forum 吊
风速风向传感器风速风向传感器无线发射模块控制显示模块
加速度
传感器
3移7'
传感器~------
表2仪器测量计算结果
测量内容数值(均值)备注静摩擦力(kN)58.1
测试时的计算风载荷(kN)35.4
单制动器形成的制动力(kN)39.4已打滑整机制动力(kN)521.9无风情况
抗风能力(*/s)23.1仅大车制动器作用
千斤顶测力传感器电动泵传感器无线发射模块无线接收模块
图6现场测试图
表1起重机风载计算参数
对象迎风面积;(*2)挡风折减系数＞风力系数c 刚性支腿1524351 1.83
柔性支腿66.120610.72主梁108.3150.125 1.81
司机室8.0601.4
的整体抗风能力等级的一种便携式测量仪器，因此具有重要的参考价值。
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2018-11-12
(上接23页)
表28种方案计算结果
方案最大位移
(mm)
最大应力
(MPa)
质量
(kg)
a36699364
b37188376
c354106334
d3*******
e372101380
f37076375
g3*******
h36491362
车8种方案伸缩臂计算结果进行比较，综合考虑最大位移、最大应力以及质量这3种因素，发现方案c和d 最大位移最小且质量几乎一样，但方案d最大应力相对于方案c减小15.8%。
方案f虽最大应力较d小，然而方案d刚度优于方案f,且方案d质量相对于方案f 质量减轻10.1%。
因此，选取方案d为桁架式桥梁检测车伸缩臂的最优方案。
3结论
通过ANSYS软件提供的APDL参数化建模语言，建立了某型号桥梁检测车伸缩臂8种不同方案有限元分析模型，并进行了分析。
综合比较了不同方案的位移、等效应力和伸缩臂质量,最终选择了最优设计方案d。
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石油化工建设2019.01|30。