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ANSYS起重机臂架有限元分析研究

发布于:2021-03-08 22:48
有限元分析

       塔式起重机(以下简称塔机)是一种重要的施工机械,由于具有工作效率高、使用范围广、回转半径大、起升高度高、操作方便以及安装与拆卸简便等优点,已成为工程建设中的主要机种之一。塔机臂架(即塔机的工作装置)是塔机的重要组成部分,它是靠电动机驱动来完成物料吊卸的空间析架结构,其设计水平的高低直接影响整机的工作性能。
       塔机臂架作为塔机的工作装置,在塔机产品的设计内容中处于核心地位,但其传统的设计方法普遍是依据材料力学中的许用应力校核原理得出的,真正分析的对象仅仅是臂架结构的截面形状和面积等参数。由于受工作量限制,该方法只能验算几个在理论上认为是危险的截面,计算的精度从建模开始就受到限制,不仅工作量很大并且具有一定的盲目性,已不能适应由激烈市场竞争造成的最短周期产品设计的要求。
       伴随着计算机技术的进步,目前国内外先进的机械产品设计制造都离不开有限元分析,在工程设计和分析中受到越来越广泛的重视,其计算结果不仅详尽,而且更具可靠性。采用有限元分析的方法进行机械产品的设计计算将会极大地提高设计效率、保证其设计质量。设计者只需借助通用有限元App建立模型并进行仿真分析,就能真实地反映机械产品的尺寸外形特征和工作过程,并进行各种类型的力学分析,尽早发现设计缺陷,从而有效地缩短研发周期,降低生产成本,使产品的结构和性能更加合理。本文应用有限元AppANSYS对塔机臂架结构进行快速校核分析。
       塔机在工作过程中绝大部分的载荷来自自重和吊重的作用,还包括惯性载荷、风载荷等。但是无论这些外界载荷作用点在塔机的什么部位,最终都要传递给塔机钢结构,因此,钢结构的结构性能很大程度上决定了整机质量的好坏。作为工作装置的臂架钢结构更是如此,其结构强度等性能是塔机整体钢结构最为核心的内容。为了考察臂架钢结构有限元分析的效果,本文尝试对QTZ40塔机的臂架钢结构进行静态强度和模态特性分析。
       静态有限元分析是计算在固定不变的载荷作用下的结构响应,它不考虑惯性和阻尼的影响以及结构随时间变化的载荷情况,通过结合有限元理论,从静力学、几何学和物理学三方面对结构进行分析,计算节点在载荷作用下的应力、应变和位移,从而在塔机产品设计初期全面了解其在不同工况下的强度状况,确定应力、应变危险点,同时也能为塔机的结构优化设计进行分析引导。
       模态特性分析也是有限元分析中的重要内容,它主要用于确定结构或机器部件的振动特性,同时也是其他动力学分析的基础。传统方法对处于设计阶段的机械结构进行模态分析主要采用计算方法和模态参数识别实验法,以获得相应的模态参数。通常需求的模态参数包括固有频率、固有振型、模态质量、模态刚度和模态阻尼比等,其中最重要的是频率、振型和阻尼比。对于无阻尼系统需求的模态参数就是固有频率和振型,这两个参数对于识别和改善结构动态特J陛有着重要的意义,因为它表明着在哪几种频率下结构会产生共振以及在各阶频率下结构的相对变形。但是由于塔机臂架体积大、结构形式复杂,属于多自由度系统,而多自由度系统振动时,同时有多阶模态存在,每阶振动模态就要用一组模态参数来确定。故而采用传统方法对其进行模态分析具有一定难度。应用有限元分析的方法很好地解决了这一问题。


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