平衡梁結(jié)構(gòu)的ANSYS力學(xué)分析

姜明峰， 王志虎， 顧星

（1.南通潤(rùn)邦重機(jī)有限公司 技術(shù)中心，江蘇 南通226013；2.潤(rùn)邦卡哥特科工業(yè)有限公司 技術(shù)部，江蘇 太倉(cāng)215437）

0 引言

平衡梁作為門(mén)座起重機(jī)中連接水泥配重與小拉桿的結(jié)構(gòu)件，在整個(gè)變幅過(guò)程中，不斷承受水泥重量及自身重量產(chǎn)生的變載荷，所以平衡梁與上轉(zhuǎn)柱鉸點(diǎn)（以下簡(jiǎn)稱下鉸點(diǎn)）附近容易發(fā)生疲勞磨損，但對(duì)于平衡梁實(shí)際受力情況一般只簡(jiǎn)單地分為最大幅度、最小幅度與中間幅度3個(gè)位置進(jìn)行計(jì)算，沒(méi)有考慮平衡梁在整個(gè)變幅過(guò)程中的應(yīng)力變化情況，所以無(wú)法控制平衡梁在實(shí)際工作情況中的應(yīng)力水平。本文對(duì)平衡梁分別進(jìn)行了相應(yīng)的靜力學(xué)與瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，分析結(jié)果對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用具有一定意義。

1 平衡梁靜力學(xué)分析

平衡梁結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 平衡梁結(jié)構(gòu)及移動(dòng)軌跡圖

1.1 建立平衡梁有限元模型

利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)平衡梁進(jìn)行建模，采用shell63單元，并對(duì)相應(yīng)實(shí)常數(shù)進(jìn)行設(shè)置：彈性模量E＝210 GP a，泊松比 μ＝0.3，密度 ρ＝7.85×103kg/m3。結(jié)構(gòu)有限元模型如圖2。

圖2 平衡梁有限元模型

1.2 施加載荷

該模型中所施加的載荷：活配重的重量28 t，所施加的邊界條件：下鉸點(diǎn)釋放沿Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，平衡梁與小拉桿鉸點(diǎn)施加沿著小拉桿方向的位移約束?？紤]結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化及焊縫重量影響等因素，重力加速度取為g＝10.5 m/s2。

1.3 計(jì)算結(jié)果

仿真計(jì)算結(jié)果如圖3～圖6所示。平衡梁最大Y向位移發(fā)生在平衡梁左端，根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GB3811-2008》，將平衡梁左端按懸臂端考慮，撓度需符合f

圖3 最大幅度Y向位移

2 平衡梁瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)計(jì)算

由于門(mén)座起重機(jī)在變幅過(guò)程中受主臂架的約束造成自身變角速度（圖7）擺動(dòng)，承受水平配重及自身重量產(chǎn)生變載荷，因此有必要對(duì)平衡梁在各幅度狀態(tài)進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。將門(mén)座機(jī)整個(gè)變幅過(guò)程分為若干段，利用ANSYS的APDL語(yǔ)言編寫(xiě)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析命令。

圖4 中間幅度應(yīng)力

圖5 最大幅度應(yīng)力

圖6 最小幅度應(yīng)力

圖7 平衡梁繞下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度曲線

主要部分命令如下：

分析結(jié)果如圖8、圖9所示。

圖8 下鉸點(diǎn)附近應(yīng)力變化曲線

圖9 平衡梁尾部位移變化曲線

由瞬態(tài)動(dòng)力分析結(jié)果可知，平衡梁在擺動(dòng)過(guò)程中的強(qiáng)度在靠近最小幅度、中間幅度及最大幅度處出現(xiàn)最大值為112.5 MPa，與靜力學(xué)分析的108.2 MPa的位置接近；因此兩種計(jì)算方法是正確的。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)平衡梁的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，得出了該結(jié)構(gòu)形式的平衡梁的強(qiáng)度、剛度和動(dòng)力性能，為平衡梁結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)提供了更為準(zhǔn)確的理論依據(jù)。

［1］ 孫楓.港口起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］ 王新敏.ANSYS工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析［M］.北京：人民交通出版社，2007.