起重机静态与动态性能分析计算书.doc

装卸桥静态和动态性能 分析计算报告 1、技术目标： 对甲方提供的A7型10t装卸桥利用大型有限元分析软件ANSYS建立有限元计算模型，并对其进行有限元分析。 2、分析内容： 分析计算的内容如下： （1）计算工况为：跨中、左1/4跨、左极限位置、右1/4跨、右极限位置。计算载荷为：风载荷、额定载荷、1.25倍载荷； （2）分析计算装卸桥主梁和支腿的位移、应力、应变，以及装卸桥的最大应力和最大变形位置； （3）分析计算装卸桥； （4）分析计算装卸桥的稳定性； （5）校核装卸桥关键连接的连接螺栓强度。 该装卸桥的主要性能参数为：额定载荷10t；跨度m；材料全部采用Q235。 3、静力分析计算 3.1有限元模型 分析过程采用商业有限元软件ANSYS10.0。首先研究装卸桥的结构参数、材料性能、工况，以及零件的尺寸和结构形式；然后根据装卸桥的结构特性和要求，分析ANSYS10.0单元库的单元类型，选择合适的单元来建立有限元模型。 装卸桥的零件比较多，如果采用的单元类型过多，划分网格的时候，由于不同形状单元之间过渡，容易引起单元畸形，影响最终的分析精度。因为装卸桥的零件主要是板型和梁型，所以在装卸桥有限元分析的过程中，主要采用了SHELL63单元和BEAM188单元。装卸桥板型零件采用SHELL63单元。SHELL63是一种4节点线弹性单元，它遵循基尔霍夫假定，即变形前垂直中面的法线变形后仍垂直于中面，SHELL63既具有弯曲能力，又具有膜力，可以承受平面内荷载和法向荷载。本单元每个节点具有6个自由度：沿节点坐标系x、y、z方向的平动和沿节点坐标系x、y、z轴的转动。应力刚化和大变形能力已经考虑在其中。比较符合装卸桥板型零件的实际受载情况。梁型零件采用BEAM188单元。BEAM188单元是一个三维线性（2节点）有限应力梁，当Keyopt(1)=0时，每个节点6个自由度。包括x，y，z方向和绕x，y，z方向。当Keyopt(1)=1时，每个节点还考虑了扭转自由度。该单元适用于线性，大旋转和大应变非线性分析，包括应力强化项在任何分析中。比较符合装卸桥梁型零件的实际受载情况。起重绳索采用LINK10单元，为了模拟重物提升过程中重物自重和重物动载荷的影响，重物采用质量单元MASS21。有限元分析时采用的材料常数见表1所示。 表1 材料常数 材料（Q235） 密度 弹性模量 泊松比 Kg/m3 Pa 7800 2x100.3 在模型建立过程中，设定沿主梁长度方向为Z向，其中刚性支腿的方向为正向；设定竖直方向为Y向；大车行动方向为X向。有限元模型如图1所示。其中节点数，单元数，模型质量。 3.2边界条件 3.2.1约束条件 1). 刚性支与主梁的全耦合刚性支与主梁的； 2). 柔性支与主梁的耦合位移X、Y、Z旋转X、Y柔性支与主梁； 3). 刚性支根部位移约束X、Y、Z； 4). 柔性支根部位移约束X、Y、Z。 3.2.2载荷条件 载荷处理 载荷处理和工况选择采用极限工作载荷组合，考虑到的载荷有： 1). A7型装卸桥额定载荷为10，取动力系数1.25。由此设定起升为12500kg。 2). 起重机自重，SI (MKS)，取重力加速度g＝10。 3). 抓斗和小车结构自重共为, 在小车4个安装脚位置分别加载载荷77120N。 4). 水平惯性载荷：取加速度0.13 m/s2。同时，考虑到起重机驱动力突加或突变时，对金属结构的动力影响，取加速度放大倍数1.5。起重机刚结构水平惯性载荷作为惯性载荷施加于有限元模型上，重物的水平惯性载荷等效为集中载荷，分别在小车4个安装脚位置加载载荷1002 N。 5). 外部环境因素对装卸桥的机械性能也有一定的影响，其中风载荷的影响最大。假定在7级风速下，风压力垂直作用于主梁单侧迎风面。经过计算，确定风载荷大小为250N/m2，风载荷均匀分布在主梁的单侧表面。 3.3结果分析 工况2：小车位于主梁左边1/4处（靠近刚性支腿）。集中载荷和质量单元位于左边1/4位置。装卸桥最大位移为15.8mm，位于主梁最右端，如图3.1所示；最大应变为4.1x10-4，位于主梁靠近刚性支腿部分，如图3.2所示；最大应力为62.8MPa，位于主梁靠近刚性支腿部分，如图3.3和3.4所示；支腿最大应力为39.7MPa，位于柔性支腿部分，如图3.5所示。 工况3：小车位于左边行程极限。集中载荷和质量单元位于左边行程最大位置。装卸桥最大位移为19.5mm，位于主梁最右端，如图4.1所示；最大应变为6.4x10-4，位于主梁靠近刚性支腿部分，如图4.2所示；最大应力为98.6MPa，位于主梁靠近刚性支腿部分，如图4.3和4.4所示；支腿最大应力为41.8MPa，位于刚性支腿部分，如图4.5所示。 工况4：小车位于