桥架论文关于基于ANSYS铸造起重机桥架静动力学参数化论文范文参考资料

桥架论文关于基于ANSYS铸造起重机桥架静动力学参数化论文范文参考资料 （宁夏天地奔牛银起设备有限公司，宁夏 银川 750000） 摘 要：为解决常规交互式有限元方法分析铸造桥式起重机“骨架”桥架结构相对繁琐的问题，联合C#与APDL编制铸造桥式起重机桥架结构静动力学有限元参数化一体式分析系统，通过工程实例对系统进行评估。算例表明：参数化分析系统对桥架结构静动力学分析具有良好的适用性，全程可实现无纸化设计，有助于缩短产品研发周期，符合绿色设计要求。 关键词：铸造起重机；桥架结构；有限元；参数化 ：U653.921 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.xx.11.089 铸造桥式起重机在大型炼钢厂日常生产中扮演着重要角色，相比于通用桥式起重机，铸造桥式起重机工作繁重，工作级别经常处于A6以上，且时常伴随着高温热辐射，工作环境比较恶劣，由此对铸造桥式起重机安全性、可靠性带来巨大挑战。 近年来，铸造桥式起重机车毁人亡事故屡见不鲜，为避免此类悲剧重现，很有必要对其安全性能进行深入研究。桥架结构作为铸造桥式起重机关键承载部件，对维护起重机的正常运行至关重要。起重机桥架结构主要由上下盖板、主副腹板、大小隔板等关键零部件焊接而成。焊接不可避免引入诸如夹渣、气孔等缺陷，类似缺陷会削弱结构承载能力，使得桥架结构受力最为危险，为此，对铸造桥式起重机作适当简化，仅取桥架结构作为分析研究对象。常规理论设计计算+交互式有限元分析方法不利于修改设计方案，费时耗力，鉴于此，笔者基于C#并结合APDL开发出铸造起重机参数化有限元分析系统，可实现变参数批量化设计，大大节约人力物力。 1 铸造桥式起重机静动力学分析模型 为便于计算，桥架可简化为简支梁结构，桥架在小车轮压下产生变形，小车静、动轮压的计算见式（1）、式（2）。 满载起升状态，小车静轮压1为 式中：为重物自重振动载荷；l1为额定载荷作用点距左侧端梁距离；b为小车轮矩；PGx为小车自重；e为小车重心偏心距；K为小车轨距；l2为小车自重作用点距左侧端梁距离。 满载起升状态，小车动轮压1为 式中：2为起升动载系数。 2 参数化有限元分析系统 铸造起重机工况众多，常规的交互式分析手段效率低下，且不易修改设计方案，开发铸造起重机参数化有限元分析系统势在必行。笔者以VSxx为开发平台，基于C#并结合ANSYS自带脚本语言APDL，编制了铸造起重机参数化有限元分析系统，其中，系统桥架参数输入界面见第90页图1，利用该系统用户能够快速改变结构参数，实现铸造起重 机桥架静力学以及动力学有限元分析，有效地缩短产品开发周期。 3 工程实例 以某企业提供的100 t双梁双轨铸造桥式起重机为工程例，工作级别A7，桥架结构各部件均采用shell63壳单元建立，根据各板厚度分别设置shell63壳单元实常数，材质为Q345B，其中主梁上下盖板厚度为25 mm，主、副腹板的厚度分别为 16 mm、10 mm；端梁上下盖板厚度同主梁，主、副腹板厚度同为14 mm；隔板厚度及镶边厚度分别为10 mm、8 mm；网格大小为50100 mm。为提高计算精度，主梁跨端、1/4跨、跨中危险部位网格局部细化，共6 136个单元、6 028个节点。 3.1 静力学分析 静力学分析是验证桥架能否满足使用要求之基础，选取三种典型且较为危险小车工作位置对桥架进行静力学分析，对桥架施加自重振动载荷、回转惯性载荷、起升动载荷以及运行冲击载荷，各项载荷计算遵循许用应力法，各工况分析全盘采用前述分析系统。 工况一：满载工作状态，起重小车位于主梁跨端，最大应力107 MPa，最大下挠2.427 mm。 工况二：满载工作状态，起重小车位于主梁 1/4跨，最大应力109 MPa，最大下挠7.736 mm。 工况三：满载工作状态，起重小车位于主梁跨中，桥架最大应力125 MPa，最大下挠8.953 mm。 由前述可知，桥架在三种工况下最大应力为125 MPa，最大下挠为8.953 mm，两者均小于相关许用值（adm = 251 MPa，l = 30 mm）且具有足够的安全贮备，因此桥架结构设计合理；另外，采用参数化分析系统对上述三种工况进行静力学分析，耗时2.4 min，而常规交互式分析方法耗时13.7 min，可见，参数化分析系统可显著提高分析求解效率。 3.2 瞬态动力学分析 瞬态动力学是用于确定承受任意的随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法，其基本运动方程2为 基于ANSYS瞬态动力学模块对铸造起重机桥架结构进行时程分析，选取主梁跨中危险节点作为观察点，以便于实时掌握桥架工作过程位移、应力状态，位移、应力响应结果见图2，其中，为便于观察，对跨中危险节点位移作放大10倍处理。 由图2可以看出，起重小车满载运行过程中，桥架在小车轮压作用下，跨中危险节点瞬态响应最大位移、应力分别为8.953 mm、30.16 MPa，均满足使用规范要求且远小于许用值3，由此可见，使用过程中，桥架安全性能甚优。 综上所述，首先，通过C#对ANSYS进行封装，建立了铸造起重机参数化有限元分析系统，有效地提高了桥架结构设计分析效率，减少了设计初期因反复修改设计方案所引起的繁琐工作