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起重機(jī)是一種不受地面活動(dòng)干擾的機(jī)械式搬運(yùn)設(shè)備，裝備于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中的各個(gè)部門(mén)，是實(shí)現(xiàn)物流搬運(yùn)機(jī)械化的關(guān)鍵。起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)是起重機(jī)的機(jī)械骨架，起著承受和傳遞起重機(jī)所負(fù)擔(dān)載重及其自重的作用，是起重機(jī)的主要組成部分。長(zhǎng)期以來(lái)，起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)多采用以古典力學(xué)和數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的半理論、半經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)過(guò)程反復(fù)多，周期長(zhǎng)，精度差。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論(如可靠性理論、優(yōu)化理論及有限元分析等)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了許多跨學(xué)科的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。這些方法與起重機(jī)結(jié)合，使起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)入了新的高質(zhì)量、高效率階段。
目前在起重機(jī)行業(yè)已廣泛運(yùn)用有限元分析軟件(如ANSYS等) 對(duì)各類起重機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，但國(guó)內(nèi)大多數(shù)起重機(jī)設(shè)計(jì)人員還不能熟練運(yùn)用這些軟件，加上ANSYS有限元實(shí)體建模和修改的復(fù)雜性及模型調(diào)試的耗時(shí)性，導(dǎo)致起重機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程緩慢，設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。雖然現(xiàn)有起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)有限元分析研究的文獻(xiàn)不少，但主要集中在整體金屬結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析上，很少有對(duì)箱形梁內(nèi)部或外側(cè)加勁肋對(duì)箱形梁受力影響做詳細(xì)分析評(píng)價(jià)的研為此，本研究結(jié)合跨度的形門(mén)式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)，基于參數(shù)化地實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)主梁的建模、分網(wǎng)、加載、加約束及有限元分析，探討了其有限元模型的正確性及其分析結(jié)果的收斂性，對(duì)內(nèi)部不同加勁肋組合方式的起重機(jī)箱形梁進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，定量給出主梁橫向及縱加勁肋對(duì)主梁強(qiáng)度及剛度影響的大小，為今后起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的有限元分析計(jì)算提供可靠的技術(shù)指導(dǎo)。
起重機(jī)主體部分由鋼板焊接而成，鋼板屬于板殼結(jié)構(gòu)，不僅會(huì)產(chǎn)生平面變形，還會(huì)產(chǎn)生空間彎曲扭轉(zhuǎn)的復(fù)雜變形，故在建模時(shí)對(duì)主體結(jié)構(gòu)采用殼單元進(jìn)行模擬單元具有彎曲和薄膜功能，允許面向和法向載荷。由于集中載荷直接施加到主梁的殼單元上會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，故在主梁上加設(shè)采用實(shí)體單元shell63的軌道簡(jiǎn)化模型，并將集中載荷施加在軌道上，避免造成主梁的應(yīng)力集中。
根據(jù)各結(jié)構(gòu)間的尺寸關(guān)系，將所有結(jié)構(gòu)尺寸用變量參數(shù)來(lái)表示，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參數(shù)化�？紤]到起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在建模時(shí)簡(jiǎn)化了法蘭和螺栓，忽略了一些小圓角和凸臺(tái)等，確保在不影響精度的前提下對(duì)模型的局部細(xì)節(jié)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。應(yīng)用語(yǔ)言，自底向上參數(shù)化地完成起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的有限元模型，如圖所示。網(wǎng)格劃分是有限元分析的重要步驟。網(wǎng)格的大小及數(shù)量直接影響有限元計(jì)算結(jié)果的精度和求解的速度。
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