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基于ANSYS单梁起重机主梁构造受力分析

摘要：本文通过对单梁葫芦桥式起重机主梁构造的受力分析，阐

明主梁结构中各构件的力学作用，为检验类似起重机主梁的工作提供

详尽的技术性支持。

关键词：起重机主梁构造有限元分析检验

单梁葫芦桥式起重机由于造价相对低廉,使用维护方便,，故能广

泛用于工厂、仓库、料场等不同场合吊运货物，起重机主梁一般为钢

板与工字钢构成的组合梁，采用工字钢作为电动葫芦的运行轨道，电

动葫芦沿工字钢下翼缘运行。在检验工作过程中，单梁葫芦桥式起重

机由于不属于在起重机制造监督检验的起重机目录里，并未实施制造

监检，所以导致个别厂家走政策的擦边球，制造的单梁葫芦桥式起重

机主梁截面与国标梁采用的主梁截面有所不同，简单的受力分析难以

清楚地发现各构件之间的力学传递，这给检验工作带来困惑。在本文

我们就国标单梁的构造技术性的力学分析来探讨截面受力情况，从而

分析其他那些单梁起重机主梁的构造合理性以及我们在检验工作中

必需注意的要点。

图１国标单梁的构造图

从图１可以看出，主梁在工字钢翼缘受载的情况下，主梁的隔板，

工字钢，斜盖板会构成一个超静定结构，钢板的受力情况不易分析，

所以本文基于Ansysworkbanch模拟仿真单梁葫芦桥式起重机主梁

各个钢材构件的受力情况。

1.模型的制作

有限元分析Ansys中的模块workbanch的建模模块DM是对零件

的建模，对于装配体并未比其他流行的三维建模软件有优势，所以本

文用solidworks建模装配体，然后通过ansys软件与solidworks软件

接口传递到Ansysworkbench中的geometry（DM）模块中实现对实体

主梁的建模。

有限元计算对计算机资源要求颇高，一个好的有限元模型应当在

合理的计算精度与计算资源之间取得一个平衡，在保证不影响主要受

力结构体受力状况的前提下，本文对起重机主梁模型作如下简化（如

图１）：

（1）工字钢截面的简化处理，把工字钢圆弧段简化为直线段处

理，截面类似于H型钢的类型。

（2）U型钢板与两块斜盖板组成一体，把斜盖板的两个折边简

化掉，斜盖板与工字钢连接为直板连接，与U型钢板也直接连接。

（3）主梁两端面到端梁处的截面体变化忽略，以跨中的截面代

替变化处的截面。

（4）主梁实际工艺当中的圆角导边等忽略，这在一定程度上会

造成一些不影响主体结构微小的集中应力。

2.模型的导入及材料特性定义

起重机金属结构常用的材料，主要是普通碳素钢，适合起重运输

机结构的钢材是Q235。

输入其材料特性：弹性摸量E=2.06e11Pa

柏松比μ=0.3

网格离散设置前，为使网格更真实地反映实际的结构受力，以及

简化网格需要，本文把导入ansysworkbench的装配体模型多部零部

件组成一个多部件体（Multi-bodypart）,这样在接下来的网格划分可

以使部之间共享拓扑，两个零部件接触面之间的节点共享，代替焊点

的网格单元的力的传递，这样可以更为清晰直接地表现两钢材体之间

作用力关系。

网格划分时，工字钢与U型板合成体设为四面体网格单元，隔

板设置为六面体网格单元，这样的设置使三种不同形状的钢材体之间

的网格能平滑过度连接以及使其节点共享，方便于有限元的分析，然

后在Mesh中实现网格划分。

网格划分图如图２：

图２网格划分图

模型网格离散后单元总数：22137个

节点总数：47420个

3.施加载荷以及约束

为更直接分析起重量载荷对于钢材体的受力情况，其他的载荷及

约束在本文不施加。以起重机起吊３吨重物的实际状况为例，在简化

约束及假设的基础上，在工字钢两翼缘主梁跨中处位置各施加1.5吨

重的垂直起重量载荷。为限制刚体移动，与所受载荷相对应，在主梁

两个端面施加简支约束，由于其他如风载，偏斜侧向力等的简化，位

移约束都在Y轴上受限为０，X轴Z轴方向自由。这样的受力和约

束可以得到最为清晰板材关于起吊载荷直接的应力响应分析云图。

4.计算结果及分析

后