50M后支腿有限元计算报告13-11-1

HJC5410THB-50混凝土泵车支腿有限元计算报告-后支腿编制：审核:批准：日期：目录一、 计算背景 3二、 后支腿几何模型的简化及主要参数 31. 模型简化 32. 主要参数 4三、 后支腿受力分析及计算规则 41. 支腿工况介绍 52. 铰点力的计算和内力图 6四、 有限元的处理 9五、 计算结果及关键部位应力情况 10六、 结论 12

计算背景混凝土泵车作为一种常见的建筑施工机械，具有施工效率高、对环境污染少等众多的优点，被广泛应用于桥梁、电厂、钢厂、水处理厂等大型基础设备及高层建筑中，支腿是泵车最主要的关键件之一，其安全性，可靠性，先进性对泵车整体性能有不可忽视的作用，因此，对支腿结构进行优化，提高其可靠性，安全性的研究和攻关具有重要的意义。本文以56M泵车后支腿作为研究对象，充分利用有限元多种单元类型的特点，对后支腿进行系统建模分析，得到后支腿静态计算的变形与应力，对产品可靠性的提升奠定了理论与实践相统一的基础。后支腿结构主要采用优质的进口WELDOX700板材，该材料的屈服强度为700Mp，极限强度为760Mp，它具有良好的韧性、焊接性能及冷加工性，综合力学性能良好，在计算过程中，定义其密度为7.85x10-6kg/mm3。弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，焊丝采用OKAristoRod13.29，它适用于高强钢、耐热钢、其屈服强度为700Mp，抗拉强度为800Mp，延伸率为19%。后支腿几何模型的简化及主要参数模型简化依据已知的图纸、数据，利用PROE三维建模软件和ANSYS有限元分析软件修改几何模型。在建模过程中，去掉了螺纹孔、不影响计算结果的小倒角、小孔等。实际模型中焊缝处都按连续处理，而且材料按照与母材相同处理。因此不考虑焊缝对结构强度的影响，及认为焊缝质量良好可靠，并且不考虑焊缝对传力路线的影响，将焊缝和各个结构部件看做一个连续体来处理。支腿几何模型是依据已知的图纸及相关的三维零件图，运用ANSYS软件建立的。建模过程中，对支座及焊缝进行了适当的简化。支腿几何模型如图2.1主要参数上下盖板贴板厚度：12，左右侧板厚度：8，隔板厚度：5，内腔筋板厚度5上下盖板板厚度：10、10，支撑板厚度：20，清洗孔贴板厚度：25，2.1后支腿几何模型后支腿受力分析及计算规则泵车在进行作业时，支腿受力主要来自臂架载荷以及下车的自重。臂架上的载荷可分为基本载荷和附加载荷，其中基本载荷是始终或经常作用在泵车结构上的载荷，包括臂架自重载荷、工作载荷和惯性力；附加载荷是泵车在正常工作状态下，结构件所受的非经常性作用的载荷，包括：侧向力、风载荷和坡道载荷。在泵车臂架的传统计算中主要考虑施加的为臂架自重和工作载荷，其作用方向都是在臂架运动的与水平面垂直的平面上。其中，自重是指泵车臂架所有的固定部分与活动部分构件，包括臂架、连杆、油缸及混凝土输送管道的质量，由于动态负荷的因素，该自重载荷在计算时须乘1.2的系数；工作载荷是被输送混凝土物料的最大重力，工作载荷在计算中要乘系数1.3。载荷系数选取依照行业标准QCT718-2008《混凝土泵车》。支腿工况介绍泵车在进行作业时，在不同的工况下，载荷合力偏离支腿中心的大小和方向不同，支腿受力大小也各不想相同，为了使计算简明，在这里我们以后支腿受力最大的工况来计算。通过对泵车不同工况的分析，我们知道在各节臂水平伸直且在图3-1所示位置时，后支腿受力最大，故计算时我们取该臂架在该处的工况为计算工况，我们把它命名为工况1，工况1介绍：通过分析我们可以知道，臂架转到如图1.1所示的右后位置时，泵车为BCD三点支撑，当臂架中心与回转中心之间的连线垂直于BD(左前和右后支腿的连线)时，左后支腿受到的支腿反力最大，如简图3.1图3.1工况1简图工况1时，支腿反力的计算：通过对整车结构的计算，我们可以得到臂架结构计算重量G1=13295.3N,臂架展开相对回转中心的O的距离L=14245.5mm.下车总重G2=24775N,相对回转中心的距离为L2=1351.6mm。在该工况下，把直线BD作为倾翻线，根据力矩平衡得左后支腿反力Fc：Fc*7305=G1*13177+G2*456（3-1）计算得：Fc=241372N。铰点力的计算和内力图在工况1时，底架与后支腿连接处受力分析如图3.2，图3-2在工况1时，底架与后支腿铰点力的计算：通过该产品图纸资料我们可以得到：后支腿自重Gc=7968N，而通过公式3-1我们得到：Fc=241372N由力矩平衡得：Fc*5768-Gc*2198=Ni*778（3-2）由力平衡得：Fy=Fc-Gc-2(f1+f2)（3-3）计算得：N1=928419NN2=838572Nf1=46420Nf2=41929NFy=56706N式中：Ni为铰孔所受挤压力N1或N2Fc为支腿所受反力Gc为支腿重量f1与f2为介于零界状态的静、滑压摩擦力（动摩擦因数为：0.05）Fy为支腿对底架的作用力。在工况1时，支腿内力计算：通过公式3-1我们得到在工况1时，支腿反力Fc=241372N，在计算时考虑到动态负荷的因素，我们对后支腿加一个附加力F2，该力平行于下车中心线，如简图3-3。图3-3根据经验：F2=Fc/5=48274N。（3-4）我们把F2分解为垂直支腿的剪力分力F1和平行支腿的轴力F轴F轴=F2*Cos47°=32921KN（3-5）F1=F2*Sin47°=35305KN（3-6）支腿内力图如下图：3-4图3-4F剪2=F12+Fc2（3-7）联解3-1，3-6，3-7得：F剪=243.9KN分析图3-3，3-4,我们以支腿与底架连接轴的形心为X轴的原点可得：M=F剪*X(0<X7260)（3-8）综上所述，可以得出后支腿的轴力图、剪力图和弯矩图：后支腿轴力图3-5后支腿剪力图3-6后支腿弯矩图3-7有限元的处理ANSYSWorkbench模块下可以直接对模型进行网格划分。后支腿一共划分55790个节点，52379个单元。划分好网格的模型及放大图如下4.1所示：图4.1后支腿有限元模型在此次研究产品中，后支腿与底架是通过销轴来连接的，计算时我们采用铰点约束来代替底架与销轴对支腿产生的作用，用一根弹簧来代替后支腿与底架联接的展开油缸，把前面我们计算得到的支腿反力Fc和附加作用力F2加载到支腿末端油缸安装孔，如下图：4-2。图4-2计算结果及关键部位应力情况本文中研究的混凝土泵车支腿是典型的箱型梁构件，其结构需要评价其结构稳定性。组成箱型梁系统结构的腹板、盖板在丧失其直线形状的平衡而过渡为曲线平衡，称为丧失稳定，简称失稳，也称屈曲。屈曲表现为与强度失效完全不同的性质。系统结构失稳后，微小的外界扰动的增加，其变形将显著的增加。板由平面稳定平衡转向平面不稳定平衡的过渡状态称为临界状态。对应于临界状态板所受的最大压应力、剪应力或局部压应力称为临界应力。由于在工程实际应用中，箱型梁钢结构的设计重量决定了产品的主要成本，所以往往会把结构重量作为主要的设计评审的关键考量因素，设计者会针对组成箱型梁结构的腹板和盖板板厚会进行设计优化。最后的设计结果钢结构的临界屈曲应力会出现低于其材料的许用应力。大型钢结构件失效往往都是结构的局部稳定性散失，造成钢结构的承载能力降低，成而发生事故。所以研究系统结构稳定性问题在工程应用中显得犹为重要。而用有限元分析法是研究系统失稳问题的有力工具和有效的途径。通过ANSYSWorkbench求解，得到在该工况下后支腿整体应力分布云图和变形云图，后支腿在计算工况下的应力云图如图5.1，Workbench强大的后处理能力可以方便地直接在窗口里快速读取各个节点的应力值。图5.1后支腿应力云图后支腿在该工况时的变形云图5.2，我们可以看到变形最大在后支腿末端装配支腿油缸处。图5.2后支腿变形云图图5.4后支腿二阶屈曲云图由图5.1可以看到，该支腿在受力最大的时候，最大应力可以达