ANSYS有限元分析在登船升降橋結構計算中的應用

江桂利

摘 要：使用ANSYS建立登船升降橋的有限元模型，然后利用APDL命令對移動載荷分載荷步施加，計算出不同位置載荷的應力和變形，通過比較結果，得到應力最大時載荷位置和應力分布，為登船升降橋設計提供參考。

關鍵詞：登船升降橋;ANSYS;移動載荷

中圖分類號：U66? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）06-0075-02

登船升降橋是實現(xiàn)高效便捷、穩(wěn)定可靠車客滾裝作業(yè)的重要港口裝卸設備，在我國的沿海及內江河港口廣泛應用。目前，由于受到港口的地理位置、潮位落差、承載能力和經(jīng)濟能力等多種因素限制，國內的港口登船升降橋型式種類各不相同。其中應用較多的一種登船升降橋主要是通過油缸工作行程調節(jié)橋體位置，以適應港口不同船型和潮位變化。橋體結構為升降橋最主要的結構件。本文旨在對此橋體結構計算做簡單討論。

1 ANSYS的簡介

ANSYS軟件是融合結構、流體、電場、磁場、聲場于一體的大型通用有限元分析軟件，可廣泛用于核工業(yè)、鐵路、石油化工、航空航天、機械制造、能源、汽車交通、國防軍工、土木工程、造船等一般工業(yè)及科學研究。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，ANSYS在工程分析應用中得到了十分廣泛的應用。本文采用ANSYS對登船升降橋橋體結構進行有限元計算。

2 實際應用

2.1實際問題及簡化

為使結構受力明確，方便計算，先將模型作適當簡化：

（1）面板，梯子平臺等附屬結構做簡化處理，單考慮其重量;

（2）后鉸座軸，安全鎖緊板，油缸鉸點連接板等做簡化處理，約束作用點簡化至梁截面中軸線處;

簡化后的模型可以方便建模，提高劃分網(wǎng)格的質量，使要討論的問題更明確，下面就以簡化后的模型作為研究對象進行討論。

2.2結構計算

2.2.1模型參數(shù)

本文以額定通過載荷200T登船升降橋體結構為例，建立有限元模型，模型參數(shù)如下：

2.2.2模型約束

2.2.3載荷簡化

橋體設計承載能力為≤200T，車輛單軸載荷≤30T，汽車時速≤5km/h，可只做靜態(tài)計算，汽車移動恒定載荷，由于沒有具體的車型參數(shù)，本文計算采用4個50T的作用在兩根軸上，來模擬車輛載荷，輪距為1.8m，軸距為≤1.6m，這樣計算是偏安全的。在梁上取21個位置利用載荷步分別添加，模擬汽車在橋上全過程。另外橋體結構自重通過設置相對密度實現(xiàn);船的跳板載荷通過集中力作用于橋頭。利用APDL命令可快速方便地實現(xiàn)上述過程，步驟如下：

選取節(jié)點施加載荷→寫入載荷步1→刪除載荷→選取節(jié)點施加載荷→寫入載荷步2→…→寫入載荷步21→分別計算所有載荷步

2.3結果分析

汽車載荷沿橋體中心對稱（汽車在橋體中間行駛）時，應力和變形結果見下圖：

3 結論

（1）由上可知，汽車位于尾梁處時，后鉸軸處有最大支反力;汽車位于前梁中間處時，油缸吊耳有最大拉力;汽車位于主縱梁中間處時，主梁有最大應力;計算結果與實際情況相符，當結構復雜或者工況不明確時，通過計算移動載荷在多個位置的工況進行靜態(tài)計算，能夠很好地模擬汽車低速上下橋的過程，得出橋體結構的準確受力狀況。

（2）通過對結果的比較分析，較為容易找出特征工況，在今后進行同類型結構設計時，可只進行特征工況計算，提高設計效率。

參考文獻：

[1]周長城，胡仁喜，熊文波. ANSYS11.0基礎與典型范例[M].北京： 電子工業(yè)出版社， 2007.

[2]張朝暉. ANSYS11.0結構分析工程應用實例解析[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2008.

[3]李兵，陳雪峰. ANSYS Workbench 設計、仿真與優(yōu)化[M]. 北京： 清華大學出版社， 2008.

[4]路衛(wèi)衛(wèi)，郭大維. ANSYS APDL 在高樁碼頭以東載荷計算中的應用[J]. 水運工程. 2010.