有限元分析法在起重机结构设计中的应用.docx

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1、有限元分析法在起重机结构设计中的应用摘 要：在现代化工业中，大量的起重机械被应用到工业化的过程中，这也给工业化的进程提高了生产效率，大量的减轻劳动力，同时对现代机械化与自动化水平的提高也起到了非常大多的促进作用。当前，随着计算机软件的不断普及与应用，有限元分析法的应用也被应用到了起重机的设计过程中，有限元分析法具有灵活的交互分析能力，不但可以模拟仿真多种物质的作用机理，而且还可与多款三维设计分析软件相互耦合，将有限元分析法应用于起重机设计中有极高价值。以门式起重机为例，就有限元分析法在起重机机构设计与分析中的应用进行了浅要的探讨。关键词：有限元分析法 起重机 结构设计前言起重机的主要作用就是对

2、物品进行垂直提升或者水平搬运。通过不停的做循环搬运重物，被广泛的应用在很多的商业港口、重工业生产车间、现代的高层建筑、还有农林等各个领域，起重机的对提高工业生产效率，降低工人的劳动强度极为重要，也是工业化生产过程中实现机械化、自动化的一项重要设备。随着我国居民对于起重机需求数量的不断增加，起重机的设计与生产技术也在不断的进步，尤其是机械设计软件起重机设计领域中的不断应用，大大地提高了起重机设计的机械结构强度，对于起重机的整体的机械性能也有了极大的提高。有限元分析法是一款集结机械构、液压系统内部流体、电场以及磁场的分析于一体的大型通用设计方法，有限元软件应用最多的就是ANSYS软件，它本身不但能

3、与多数三维设计软件接口实现数据的共享和交换，还可以应用于理论力学，材料力学、结构力学学、电磁学等方面的计算、求解和数值模拟，不但可以有效地提高起重机整体的设计效率，还能够对起重机的详细的设计结构进行设计和优化，将有限元分析法应用于起重机设计中才可以获得极高价值。1 起重机机构设计与分析起重机的结构设计，主要是针对起重机德尔框架的结构进行设计和分析，还要对起重机的主梁，以及主梁两端伸出的悬臂梁，对梁的整体的结构进行优化设计，并对其进行详细的有限元分析。对于门式起重机而言，起重机的门框结构可以分为门式结构和悬臂门式结构两种；对于起重机的主梁部分，按照结构划分可以分为单主梁和双主梁，主梁有桁架梁、箱

4、梁、蜂窝梁三种形式。 2.有限元分析法在起重机设计中的应用2.1 优化设计过程分析在门式起重机设计中，可以利用 ANSYS 进行结构静力分析、结构动力学分析、结构非线性分析以及动力学分析。首先需要针对门式起重机自身的设计结构，对其进行整体分析与规划，包括起重机整体的结构尺寸、具体的受力部分的详细结构、其余部件的受力数据等，然后利用有限元分析软件建立门式起重机的结构模型，再根据具体的设计情况对起重机的设计模型进行材料定义，之后对结构实体进行网格划分，网格划分要注意边界的网格划分情况，以便更好的计算出仿真分析的结果，之后定义实体的边界条件并在正确的位置施加外部或内部荷载，对几何体进行添加约束、集中

5、荷载、惯性荷载等。定义边界条件并正确施加荷载后，利用软件提供的处理器进行数值模拟计算，以更好的获取仿真实验的数据，对所获取的模拟数据进行分析并对结构进行更进一步的优化，在保证结构强度、刚度、稳定性等方面要求下获取最优设计方案。2.2起重机结构设计参数的确定起重机的结构设计参数的确定需要很多部门之间协同来做，不同的设计部门针对不同的设计部分都需要对其进行更加详细的设计方案，在方案确定之后就需要对其进行结构参数的确定，以门式起重机为例，其主要包括门架形式、跨度、悬臂长度、起升高度、支腿、主梁截面、轴距几个方面。目前门式起重机常用的门架形式有板梁和杵架两种结构，有着多种支腿型式和主梁截面型式，不同的

6、结构和型式受力情况会有一定差异。对其结构设计主要是以起重机所应用的范围以及工作环境进行结构的受力分析，根据分析结果对起重机进行更加详细的结构优化，已达到起重机的整体的设计目的。2.3有限元方法的应用在过去，对起重机的进行设计的过程中，需要通过理论计算，并结合古典力学和数学基础理论，通过计算完成设计，再设计一些实验样机，对其进行试验，再结合一些实践的经验、类比等进行设计方案的修改，这种设计方法不但周期长、精度差，而且重复性工作较多。在起重机的设计计算中，需要用到大量空间结构的超静定力学分析问题，计算工况极为复杂，采用传统的计算方法是很难满足复杂分析的需要，其简化和假定的数据所获得的计算结果也会与

7、实际情况有较大出入，需要给予极大的安全系数补偿。而利用有限元分析法，对起重机的过程中，可以对很多的细节结构节点进行离散，通过有限元节点参数的计算之后，不但可以完成一些复杂的结构力学分析，还可以更好的满足桥架、机器的零部件、内部结构的优化设计需要，促进了起重机性能、成本、工艺、制造、使用等方面的整体优化设计。同时，还能很好的适应于极限状态模拟仿真分析，并按许用应力对门式起重机的结构强度、结构刚度、结构疲劳度、结构稳定性进行计算，获取更为丰富和接近实际的数据。3总结利用传统的机械设计计算方法，已经很难满足对起重机整机的设计。主要是因为传统的计算方法计算精度差、工作量大、覆盖面不广、重复劳动较多、计

8、算冗余太大等问题，这都严重影响了起重机设计的可靠性和经济性。利用有限元分析法进行模拟仿真计算分析，在对起重机设计的过程中大量的工作都可以通过计算机来完成，可以极大地简化设计计算工作，获取更为丰富的数据，能有效提高设计效率，提高设计可靠性和精确度，对获取最优设计方案有着极大的帮助，应用于起重机设计中具有极高的经济价值和社会价值。参考文献1 徐格宁机械装备金属结构设计M北京：机械工业出版社，2008 2 谷惠勇. 邱洪伟起重机械操作与维护M大连：大连理工大学出版社，20093 王金诺. 于兰峰起重运输机金属结构M北京：中国铁道出版社，2002 4 黄兴隶工程结构可靠性设计M北京：人民交通出版社，1989