基于ansys的橋式起重機(jī)主梁優(yōu)化設(shè)計(jì)

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1、基于ANSYS的橋式起重機(jī)主梁優(yōu)化設(shè)計(jì)工程與技術(shù)基于ＡＮＳＹＳ的橋式起重機(jī)主梁優(yōu)化設(shè)計(jì)□馮俊蓮(中鐵武橋重工股份有限公司湖北·武漢430052)摘要：針對(duì)現(xiàn)行主梁設(shè)計(jì)中存在的結(jié)構(gòu)笨重、材料浪費(fèi)嚴(yán)重的問(wèn)題，基于ANSYS平臺(tái)，構(gòu)造50t-30m橋式起重機(jī)桁架主梁模型，應(yīng)用ANSYS對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)和受力分析；以主梁各截面厚度為優(yōu)化變量，以強(qiáng)度和剛度指標(biāo)為約束，應(yīng)用ANSYS提供的優(yōu)化方法，進(jìn)行以主梁結(jié)構(gòu)輕量化為目標(biāo)的優(yōu)化計(jì)算，得到合理的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī)桁架主梁ANSYS優(yōu)化中圖分類號(hào)：TM文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-3973（2008）04

2、-021-02采用有限元單元法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以50t-30m桁架的形狀（如正方形、三棱柱等）映射到不規(guī)則的區(qū)域（如畸變梁橋式起重機(jī)為研究對(duì)象，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真分析起重機(jī)主的四邊形、底面不是正多邊形的棱柱等）上面，它所收成的梁的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，找出最大應(yīng)力和最大變形處，然網(wǎng)格之間是呈規(guī)則的排列的，分析的精度也很高。但是，它后在此基礎(chǔ)上，完成以結(jié)構(gòu)輕量化為主要目標(biāo)的優(yōu)化計(jì)算。要求劃分區(qū)域滿足一定的拓?fù)錀l件，否則就不能進(jìn)行映射１　　主梁結(jié)構(gòu)靜力分析網(wǎng)格劃分。一般情況下，ANSYS程序使用的默認(rèn)網(wǎng)格控制ANSYS程序中的結(jié)構(gòu)靜力分析是用來(lái)計(jì)算在固定不可以使

3、用戶的分析模型生成足夠的網(wǎng)格以便于分析。在這變的載荷作用下結(jié)構(gòu)的效應(yīng)，即用于穩(wěn)態(tài)外載引起的系統(tǒng)種情況下，不必指定任何的網(wǎng)格剖分控制。但是，如果用戶或部件的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力。使用網(wǎng)格剖分控制，則必須在對(duì)實(shí)體模型網(wǎng)格剖分之前設(shè)在本文中，結(jié)構(gòu)靜力分析的目的是找出原結(jié)構(gòu)的最大置網(wǎng)格剖分控制。應(yīng)力和最大變形處，為優(yōu)化設(shè)計(jì)作準(zhǔn)備。網(wǎng)格剖分控制容許用戶建立用于實(shí)體模型網(wǎng)格剖分的1.1有限元分析模型的建立要素，如單元形狀、中間節(jié)點(diǎn)位置和用于實(shí)體模型網(wǎng)格剖分本文研究的50t-30m桁架梁橋式起重機(jī)主梁橫截面為的單元尺寸大小。單元網(wǎng)格劃分時(shí)要兼顧精度、經(jīng)濟(jì)性和計(jì)△截面

4、，主弦桿為工字形型鋼，腹桿為角鋼，材料均為普通算容量。一般情況下，單元?jiǎng)澐衷郊?xì)、越接近真實(shí)求解區(qū)域，碳素鋼Q235，連接形式為焊接，所有構(gòu)件均采用可承受拉、計(jì)算精度就越高，但隨之而來(lái)的可能是計(jì)算時(shí)間、費(fèi)用和內(nèi)壓、彎、扭的梁?jiǎn)卧猙eam188模擬。存使用量的成倍增加，所以，必須綜合考慮各因素來(lái)恰當(dāng)?shù)貐⒄宅F(xiàn)有的起重機(jī)系列設(shè)計(jì)，對(duì)常用的橋式類型起重確定單元的數(shù)目。機(jī)，桁架跨中高度h及寬度b可在下列范圍選?。?.3載荷處理h≥（1/12～1/15）L通常將主梁作為簡(jiǎn)支梁來(lái)研究，左端固定，右端簡(jiǎn)支。b≥（1/2～1/2.5）h考慮最危險(xiǎn)工況即小車滿載位于主梁中央

5、截面。加載時(shí)，還式中，L為桁架跨度。應(yīng)考慮主梁自重、小車起制動(dòng)產(chǎn)生的水平慣性力、風(fēng)載、作根據(jù)本起重機(jī)的跨度30m,確定桁架△截面高度為業(yè)系數(shù)、動(dòng)載系數(shù)等。載荷可以施加到幾何模型的關(guān)鍵點(diǎn)2m、寬度為1m。結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。上，也可以施加到有限元模型的節(jié)點(diǎn)上。這兩種情況各有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。分別如下：施加在實(shí)體模型上的優(yōu)點(diǎn)是：通過(guò)圖形拾取來(lái)加載時(shí)，因?yàn)閷?shí)體較小，所以施加時(shí)比在有限元模型上進(jìn)行要方便的多；模型載荷獨(dú)立于有限元網(wǎng)格，這樣就不必因?yàn)榫W(wǎng)格重新劃分而重新加載。缺點(diǎn)是：不能顯示所有的實(shí)體模型載荷；在關(guān)鍵點(diǎn)上的載荷很難施加上去；網(wǎng)格劃分命令生成的單元處

6、于當(dāng)前坐標(biāo)系下面，而節(jié)點(diǎn)使用的是整體笛卡兒坐標(biāo)系。圖１　　主梁整體結(jié)構(gòu)施加在有限元模型上的優(yōu)點(diǎn)是：因?yàn)檩d荷可以直接施1.2網(wǎng)格劃分加在主節(jié)點(diǎn)上，所以在簡(jiǎn)化分析時(shí)不會(huì)有任何問(wèn)題；可以簡(jiǎn)在ANSYS程序當(dāng)中，網(wǎng)格劃分是在幾何模型建立好單地選擇所有所需要的節(jié)點(diǎn)，并直接指定約束條件。了之后、最終進(jìn)行求解之前完成的，也就是說(shuō)，它即可以防缺點(diǎn)是：只要?jiǎng)澐值木W(wǎng)格有任何問(wèn)題，需要?jiǎng)h除掉所有在加載之前，也可以防在加載之后。的或者部分的網(wǎng)格單元，重新劃分網(wǎng)格，則用戶必須刪除掉在ANSYS程序當(dāng)中，有限元的網(wǎng)格是由程序自己來(lái)原有的載荷并在新收成的網(wǎng)格上面施加載荷；對(duì)于使用圖

7、完成的，用戶要做的就是通過(guò)給出一些參數(shù)與命令來(lái)對(duì)程形拾取來(lái)加載，特別是在節(jié)點(diǎn)很多時(shí)，原來(lái)施加在一條線上序?qū)嵭小昂暧^調(diào)控”?？偟膩?lái)說(shuō)，ANSYS的網(wǎng)格劃分有兩種。的載荷需要逐個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)拾取，原來(lái)施加在一個(gè)面上的載荷第一種是自由網(wǎng)格劃分，主要用于劃分邊界形狀不規(guī)則的需要逐個(gè)單元面來(lái)拾取，非常麻煩。區(qū)域，它所生成的網(wǎng)格相互之間是呈不規(guī)則的排列的。常常無(wú)論如何，在開始求解之前，一定要保證所有的載荷施對(duì)于復(fù)雜形狀的邊界選擇自由網(wǎng)格劃分。它的缺點(diǎn)是分析加在有限元模型上，只有這樣，求解器才可以進(jìn)行求解。精度往往不夠高。第二種是映射網(wǎng)格劃分，該方法是將規(guī)則科協(xié)論壇?２０

8、０８　年第4期（下）21工程與技術(shù)1.4求解表1優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)主梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析，目的是找出