MG80/5t龙门吊有限元结构分析

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　　一、ANSYS单位

　　无论使用哪种ANSYS单元，都离不开对单位的统一。ANSYS本身不进行单位的换算，默认用户使用的单位制是统一的。一般可从量纲分析出发，将单位统一或匹配。常用单位制及其换算见表5-5。

　　二、梁壳单元计算

　　Beam梁单元在MG80/5t龙门吊的应用主要体现在方案设计、参数化设计或者大型复杂截面，计算后提取节点载荷便于后续**单元的分析。结构的细化设计除需要得到*大应力、*大刚度值以外，还需得到结构的局部应力分布情况以及了解结构交汇处是否存在应力集中等。显然，在该阶段梁单元的计算精度已经不能满足设计需求，而ANSYS在壳单元的建模方面较为复杂(尤其针对大吨位MG80/5t龙门吊的主梁)，因此采用Workbench的概念建模方式(梁壳组合单元)进行类似产品的结构有限元模型建模进行有限元分析更符合MG80/5t龙门吊结构的分析。由于篇幅所限，有关梁壳组合单元参考其他有限元专业书籍，在此不做梁壳组合单元的应用介绍。

　　三、模型简化与载荷

　　由于MG80/5t龙门吊主结构的复杂性，建立ANSYS有限元模型无法将所有的因素都考虑进去，因此需要对欧式机进行必要的简化和合理假设，建立能较为真实地反映其实际工作状况的有限元分析模型，又有利于有限元分析计算。如，大车主梁、大车端梁、小车架的主结构截面单一，可采用梁单元的矩形截面建模。

　　(1)主梁两侧的栏杆平台、电缆支架、主梁纵筋、主梁隔板等以均布载荷或重量补偿的方式施加，电气柜等较为集中的部件可作为质量点;

　　(2)吊载是加载在小车架上的，载荷通过车轮传递到主梁的轨道上;对于中轨梁结构以集中载荷直接施加，而对于偏轨载荷则需要除集中载荷外施加相应的弯矩;

　　(3)需要注意的是重力加速度的方向与实际是相反的。

　　四、材料属性

　　MG80/5t龙门吊的大部分结构由钢板焊接而成，由于有限元模型的建立是理想化的，而且在不影响精度的前提下做了一定的力学简化，造成模型的重量与实际的重量存在偏差，所以在加载载荷时应考虑对重量进行补偿。常用的补偿方法有重力加速度补偿、密度补偿和质量补偿，即在模型中相应的节点上增大重力加速度、增大材料的密度或设置质量元。本章中选用的是密度补偿法。模型总质量为m，实际整机的总质量为m′，则补偿后的材料密度?，弹性模量为E，泊松比为μ=0.3;由于MG80/5t龙门吊两根主梁所带有的附件不同，在建模时应分别予以考虑不同的补偿值大小。

　　五、边界约束

　　根据实际情况，MG80/5t龙门吊大车运行机构车轮的ANSYS力学约束及支撑按以下模式考虑。

　　(1)由于车轮轮缘与轨道的接触，支撑轮在大车运行方向被约束;

　　(2)由于车轮与轨道之间不允许有相互脱离，故支撑轮在地面垂直方向被约束;

　　(3)由于桥机运行机构的四处车轮中*少有两处是主动轮，另两处为从动轮，所以在大车运行方向的另一侧车轮被约束，另一侧被释放;

　　(4)由于大车和支腿及轨道之间的连续性，各支撑轮在大车运行方向和垂直地面方向的转动被约束，而小车运行方向的转动是自由的。

图5-3约束自由度