基于ANSYS的柔支腿門(mén)式啟閉機(jī)三維有限元分析

黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 河南 鄭州 450003

隨著技術(shù)水平的進(jìn)步,大跨度、大啟閉容量的門(mén)機(jī)越來(lái)越多的被應(yīng)用于工程項(xiàng)目中,本文通過(guò)對(duì)某工程的門(mén)機(jī)的ANSYS有限元分析,對(duì)結(jié)構(gòu)的連接、約束、載荷進(jìn)行了合理的處理,計(jì)算了在不同工況下,門(mén)機(jī)的應(yīng)力和應(yīng)變變化情況,為今后類(lèi)似結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)及優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)。

1 有限元模型

根據(jù)某工程2000kN/200k N A型雙向門(mén)式啟閉機(jī),采用大型通用有限元軟件ANSYS建立門(mén)架的整體有限元模型。

模型共剖分單元77665個(gè),模型及劃分如圖1所示。

圖1 門(mén)體有限元模型及網(wǎng)格劃分

2 計(jì)算分析

2.1 計(jì)算工況

工況一:

小車(chē)位于左側(cè)懸臂端,啟閉1700kNx1.1倍荷載,工作風(fēng)壓從右側(cè)吹向左側(cè),且工作風(fēng)壓為250N/m2

工況二:

小車(chē)位于左側(cè)懸臂端,啟閉1700kNx1.1倍荷載,工作風(fēng)壓從右側(cè)吹向左側(cè),且工作風(fēng)壓為250N/m2

2.2 約束條件

1)四個(gè)支承點(diǎn),同側(cè)軌道一個(gè)為三向鉸結(jié)點(diǎn),一個(gè)為兩向鉸結(jié)點(diǎn),兩側(cè)軌道相同。

2)鉸接處自由度耦合:門(mén)機(jī)柔性支腿處采用鉸接的連接方式,支腿相對(duì)主梁具有轉(zhuǎn)動(dòng)自由,本分析中,在耳板中心監(jiān)理至兩點(diǎn),以質(zhì)量點(diǎn)為中心點(diǎn)建立耳板剛性區(qū)域,再以耳板為中心點(diǎn)對(duì)各個(gè)支腿單獨(dú)耦合,保證其軸向自由度。

門(mén)架有限元模型中,主梁、門(mén)腿、端梁、上中下橫梁均采用SHELL181單元,材質(zhì)均為Q345B,彈性模量取值為206GPa,泊松比取值為0.3,密度取值為7850kg/m3。柔性支腿鉸接處的中心點(diǎn)采用質(zhì)量元MASS21。

2.3 計(jì)算荷載 門(mén)架有限元模型由10mm、12mm、14mm、16mm、20mm、22mm、24mm七種板厚組成,

2.4 計(jì)算結(jié)果 工況一下,門(mén)架主梁左側(cè)主要發(fā)生豎向變形,懸臂邊緣變形最大,如圖2所示,變形沿著懸臂邊緣到與門(mén)腿交接處逐漸變小。左側(cè)懸臂端最大豎向位移為35.38mm,方向數(shù)值向下,考慮左側(cè)主梁與支腿連接處豎向位移為7.45mm,方向豎直向下,因此左側(cè)懸臂端最大豎向位移為17.14mm。

工況一下,門(mén)架整體應(yīng)力分布如圖3所示,Von Mises應(yīng)力主要分布在18.92 MPa～56.75MPa之間。最大應(yīng)力發(fā)生在主梁與剛門(mén)腿連接處,出現(xiàn)少量應(yīng)力集中。

圖2 工況一門(mén)體Z向位移分布圖

圖3 工況一門(mén)架整體Von Mises應(yīng)力分布圖

工況二下,門(mén)架整體變形如圖4所示,變形發(fā)生在主梁跨中。豎向位移最大值為50.96 mm。

工況二下,門(mén)架整體應(yīng)力分布如圖5所示,Von Mises應(yīng)力主要分布在28.55 MPa～142.73 MPa之間。最大應(yīng)力發(fā)生在主梁跨中。

圖4 工況二門(mén)體Z向位移分布圖

圖5 工況二門(mén)架整體Von Mises應(yīng)力分布圖

2.5 結(jié)果分析

(1)剛度許用值。根據(jù)規(guī)范[1],對(duì)于帶有懸臂的門(mén)式啟閉機(jī),小車(chē)在有效懸臂長(zhǎng)度位置由額定荷載和小車(chē)自重引起的垂直靜撓度yc≦Lc/350=22.9mm,跨中引起的垂直靜撓度為yL≦L/700=68.6mm

(2)強(qiáng)度許用值。該工程的雙向門(mén)式啟閉機(jī)采用Q345B,其鋼材的容許應(yīng)力為[σ]=202.5 MPa

根據(jù)有限元的結(jié)果,可以看出,除結(jié)構(gòu)軌道受力處出現(xiàn)部分應(yīng)力集中,各工況結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力均小于Q345B鋼材的容許應(yīng)力為202.5MPa,結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的應(yīng)力和變形能夠滿足強(qiáng)度和剛度要求。

3 結(jié)論

(1)建立了大跨度門(mén)式啟閉機(jī)有限元模型,對(duì)其柔性支腿位置的支鉸約束做了合適的處理,避免了局部應(yīng)力過(guò)大與實(shí)際情況不一致的現(xiàn)象。

(2)計(jì)算結(jié)果為類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了一定的理論依據(jù)。