橋式起重機參數(shù)化虛擬檢測仿真平臺

楊天雪

（福建省特種設(shè)備檢驗研究院，福建 福州 350008）

1 引言

隨著科技的迅猛發(fā)展，起重機檢測的精度和可靠性、輕量化要求越來越高，并且隨著有限元數(shù)值仿真手段、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法的發(fā)展，關(guān)于起重機的設(shè)計研發(fā)手段和檢測方法也在發(fā)生著跨越式發(fā)展，近年來關(guān)于起重機的相關(guān)技術(shù)方面取得了一定的研究成果，如：30t橋式起重機主梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[1]；橋式起重機起升載荷分布擬合與檢驗方法的研究[2]；橋式起重機產(chǎn)品平臺構(gòu)建技術(shù)研究[3]；基于粒子群優(yōu)化算法的橋式起重機PID控制參數(shù)優(yōu)化的研究[4]；基于模糊優(yōu)選模型的橋式起重機節(jié)能評價方法研究[5]。但是，起重機結(jié)構(gòu)復雜，類型多樣，因而，要提高檢測的精度和檢測效率，必須要建立其虛擬檢測仿真平臺，但目前就此方面的研究還不夠深入、系統(tǒng)。因而，文中據(jù)此針對橋式起重機，以ANSYS軟件為工具，結(jié)合ANSYS強大的二次開發(fā)功能，綜合應(yīng)用其二次開發(fā)語言(APDL,UIDL)，并結(jié)合參數(shù)化分析建模技術(shù)，建立了橋式起重機的虛擬檢測仿真平臺，可實現(xiàn)相似結(jié)構(gòu)的各種型號的橋式起重機的仿真檢測，通過研究，對研究橋式起重機的研發(fā)和檢測具有重要的研究意義及工程應(yīng)用價值。

2 參數(shù)化仿真方案的建立

基于ANSYS的APDL參數(shù)設(shè)計語言[5]建立起重機的參數(shù)化幾何模型和參數(shù)化網(wǎng)格、參數(shù)化載荷，基于ANSYS的UIDL用戶界面設(shè)計語言開發(fā)平臺操作界面，所建立的橋式起重機參數(shù)化虛擬仿真平臺的實施方案如圖1所示。

圖1 基于ANSYS軟件的橋式起重機參數(shù)化虛擬仿真平臺的實施方案

3 橋式起重機的虛擬檢測仿真平臺

圖2 參數(shù)化的主梁、端梁、整機的有限元模型

應(yīng)用ANSYS的二次開發(fā)功能，結(jié)合APDL(ANSYS Parameter Design Language)，UIDL(ANSYS User Interface Design Language)，開發(fā)了橋式起重機的虛擬檢測仿真平臺，包括三個模塊（主梁、端梁、整機），參數(shù)化的主梁、端梁、整機的有限元模型如圖2所示。在主梁分析模塊可變參數(shù)是16個，主梁分析模塊的菜單及對話框如圖3所示。在端梁分析模塊可變參數(shù)是15個，端梁分析模塊的菜單及對話框如圖4所示。在整機分析模塊可變參數(shù)是15個，整機分析模塊的菜單及對話框如圖5所示。

圖3 主梁的仿真平臺菜單和對話框

圖4 端梁的仿真平臺的菜單和對話框

圖5 橋式起重機整機的仿真平臺的菜單和對話框

4 有限元計算結(jié)果的驗證

對福建省特種設(shè)備檢驗研究院負責檢驗的福建省內(nèi)額定起重量為10噸，QZ10-31.5A6、QD10-19.5A6、QD10-25.5A6等型號的起重機撓度檢驗結(jié)果進行統(tǒng)計，不同跨度主梁的撓度檢驗數(shù)據(jù)與有限元計算結(jié)果如表1所示，從表1中可見應(yīng)用該平臺的有限元計算結(jié)果與測試數(shù)據(jù)的最大誤差為13.7%，最小誤差為2.6%，由此驗證了所建立的仿真平臺計算的準確性。

表1 不同跨度主梁的撓度測試數(shù)據(jù)與有限元計算結(jié)果對比表

5 結(jié)論

文中將參數(shù)化建模和有限元法相結(jié)合，針對橋式起重機的主要組成部分（主梁和端梁）、整機基于ANSYS的APDL和UIDL二次開發(fā)功能建立了橋式起重機的虛擬檢測的仿真平臺，其中，主梁分析模塊可變參數(shù)是16個，端梁分析模塊可變參數(shù)是15個，整機分析模塊可變參數(shù)是15個，可實現(xiàn)對相似結(jié)構(gòu)的橋式起重機進行計算，并通過對某主梁的計算，撓度計算結(jié)果與實驗計算結(jié)果的最大誤差僅為13.7%，驗證了所建立的有限元模型的準確性，應(yīng)用該平臺可在檢測前快速、準確的進行有限元分析，然后根據(jù)計算結(jié)果的統(tǒng)計分析對檢測區(qū)域進行分析，進而為實際檢測提供指導措施，提高檢測效率和檢測精度。

[1]秦東晨，齊玉紅.基于 ANSYS 的 30 t 橋式起重機主梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J].礦山機械,2011,39(5):46-49.

[2]王愛紅,徐格寧,楊萍橋, 等.式起重機起升載荷分布擬合與檢驗 [J].機械強度,2011,33(6):921-926.

[3]王建正，魏雙慶，張崇，等.橋式起重機產(chǎn)品平臺構(gòu)建技術(shù)研究[J].機械設(shè)計與制造,2013, (1): 126-129.

[4]杜文正，謝政，童國林.基于粒子群優(yōu)化算法的橋式起重機PID控制參數(shù)優(yōu)化[J].計算機測量與控制,2013, 21(2): 371-374.

[5]葉偉,童一飛,李向東.基于模糊優(yōu)選模型的橋式起重機節(jié)能評價[J].中國機械工程,2014,25(12): 1630-1634.