基于APDL的門式起重機主梁參數(shù)化建模與仿真

1、(1) 上橋板加筋和沒有加強筋 2種方案該處 過程中通過不斷修改最大應(yīng)力區(qū)域的模型, 降低的應(yīng)力分別為128MPa和150MPa, 因此, 取消加 應(yīng)力幅值, 滿足材料的許用應(yīng)力要求。計算表明,強筋對橋體強度影響不大; 鑄造橋體具有足夠的強度和剛度。(2) 改進橋體腹板處的結(jié)構(gòu), 加大腹板上液 (2) 通過ANSYSWorkbench多方案結(jié)構(gòu)分析,壓缸安裝位置通孔的尺寸, 并加大圓角; 對承受彎曲應(yīng)力最大的區(qū)域進行了優(yōu)化, 鑄件采(3) 前后支撐軸采用中空處理, 防止產(chǎn)生縮 用變截面處理, 增大抗彎截面模量, 減小應(yīng)力集孔、疏松等鑄造缺陷,便于鑄造,也減輕了重量。 中, 提高了橋體的強度。同

2、時, 對比多方案分析通過多方案結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析, 圖7b軸承座與豎直 應(yīng)力云圖, 減少低應(yīng)力區(qū)域的材料, 減輕橋體質(zhì)筋板結(jié)合處的最大應(yīng)力幅值為 227MPa, 圖 7a為 量, 節(jié)約了成本。225MPa, 橋體重量從設(shè)計之初的55kg減小到4718 (3)實踐表明, 通過 CAE仿真分析和計算,kg,節(jié)約了成本。 減少了實驗的次數(shù), 縮短了設(shè)計開發(fā)周期, 提高4 結(jié)論 了設(shè)計質(zhì)量, 降低了研發(fā)成本。此外。通過 CAE仿真分析改進和優(yōu)化了設(shè)計方案, 證實鑄造轉(zhuǎn)向(1) 在創(chuàng)新設(shè)計過程中, 采用傳統(tǒng)的工程力 橋體的可用性與可靠性, 優(yōu)化了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu), 提學(xué)計算方法難以準確求出轉(zhuǎn)向橋體各種工況下的 高了

3、產(chǎn)品的質(zhì)量,降低了制造成本。應(yīng)力分布和大小。為了解鑄造橋體受載后的應(yīng)力狀態(tài)和變形情況, 確定鑄件的材料分布狀況, 首 作者地址: 合肥市望江西路15號安徽叉車集團公司工程車先按照焊接橋體的結(jié)構(gòu)建立初步的三維模型, 然 輛研究所后利用CAE技術(shù)對118t鑄造轉(zhuǎn)向橋體進行有限元 郵 編: 230022分析, 求解出模型中的最大應(yīng)力集中點, 在建模 收稿日期: 2008-07-28基于 APDL的門式起重機主梁參數(shù)化建模與仿真3華東理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院 史 進 鄭建榮上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院 俞中建摘 要:以門式起重機主梁結(jié)構(gòu)為研究對象,通過分析主梁結(jié)構(gòu)尺寸的相關(guān)性,研究運用APDL參

4、數(shù)化編程與宏技術(shù)命令流相結(jié)合的方法,建立起重機主梁的參數(shù)化結(jié)構(gòu)模型,解決模型中板塊交接處的連續(xù)問題,實現(xiàn)對不同型號的L型門式起重機的參數(shù)化快速建模和仿真。關(guān)鍵詞:門式起重機;主梁; APDL;參數(shù)化建模;有限元Abstract: Takingmaingirderofgantrycraneasresearchobject, thepaperanalyzestherelativityofstructuralsizesofthegirderandbuildstheparametricstructuralmodelbymeansofawaycombiningAPDLandmacros1Furtherm

5、ore, itsolvescontinuousboardjunctionproblem,thusrealizingquickparametricmodelingandsimulationofLtypegantrycranes1Keywords: gantrycrane; maingirder; APDL; parametricmodeling; finiteelement1 主梁結(jié)構(gòu)分析 較復(fù)雜, 梁內(nèi)部有很多加強筋板, 包括大筋板、小筋板以及橫向長筋條等。在參數(shù)化建模前首先門式起重機 (以下簡稱門機) 的主梁結(jié)構(gòu)比 需要仔細分析主梁結(jié)構(gòu), 對結(jié)構(gòu)尺寸進行參數(shù)化3 基金項目:教育部科學(xué)技術(shù)研究

6、重點項目資助 (03072)起重運輸機械 2009 (4) 79成組劃分。確定所有結(jié)構(gòu)尺寸在坐標系中的相關(guān) K, 53, L, -KY (52), KZ (52)關(guān)系, 并把相關(guān)聯(lián)的若干結(jié)構(gòu)尺寸用變量參數(shù)來 通過K52的坐標值表示K53,當修改參數(shù)L或表示, 從而建立參數(shù)化的結(jié)構(gòu)尺寸1。參數(shù)化變 W的值時, K52和 K53的位置相應(yīng)發(fā)生變化。用量的設(shè)計應(yīng)確保能夠定義模型結(jié)構(gòu)的所有尺寸, 這種參數(shù)化思想建模主梁 2板件之間的一段模型,還要考慮到不同型號門機的結(jié)構(gòu)特征, 以使設(shè)計 如圖1所示。的變量參數(shù)符合不同型號起重機的建模需求?，F(xiàn)以 32 t門機主梁結(jié)構(gòu)的模型為例, 說明具體過程。首先分析模

7、型的結(jié)構(gòu)尺寸在坐標系中的相互關(guān)系, 從中抽象出能描述模型的特征參數(shù),并在不影響精度的情況下, 對模型的局部細節(jié)適當簡化。共定義了以下 11個參數(shù)化尺寸, 主梁中 2個大筋板之間的間距L; 主梁寬W; 主梁高 H1; 主梁內(nèi)小筋板寬H2; 主梁內(nèi)貫穿筋板的 圖1 主梁結(jié)構(gòu)中2個大筋板橫向長筋條 H3; 所有大筋板的個數(shù) N_BAN; 之間的參數(shù)化模型主梁跨度D; 支腿地板長度 FL; 支腿高 FH; 板厚度 THICK; 網(wǎng)格的邊長 ELEM。模型的其他結(jié) 根據(jù)主梁模型中每 2個大筋板之間結(jié)構(gòu)的對構(gòu)尺寸均轉(zhuǎn)化為用這些參數(shù)表示, 例如, 主梁 ( )總長為L×N_BAN, 左支腿中點位置

8、的 X坐標 稱性, 按照參數(shù) N_ BAN的值 大筋板個數(shù)( ) 復(fù)制圖 1的模型。在支腿建模時, 因參數(shù)值的為 L×N_ BAN /2-D/2。在運用 APDL建模 變化可能導(dǎo)致關(guān)鍵點的個數(shù)不同, 支腿中關(guān)鍵時,使用這些參數(shù)變量名代替具體數(shù)值, 進行參 點的編號要避免與原有的重復(fù), 導(dǎo)致模型發(fā)生數(shù)化建模。 錯誤。將編寫好的所有 APDL命令導(dǎo)入 ANSYS2 參數(shù)化模型的實現(xiàn) 命令流窗口, 便可自動建成參數(shù)化模型, 如圖 2ANSYS提供了APDL參數(shù)化設(shè)計語言 2次開 所示。發(fā)功能2,利用APDL程序語言與宏技術(shù)組織管理ANSYS命令,可以實現(xiàn)參數(shù)化建模、施加參數(shù)化載荷、求解以及

9、后處理結(jié)果顯示等有限元分析全過程。運用APDL實現(xiàn)參數(shù)化建模, 包括 3部分,首先定義結(jié)構(gòu)參數(shù)并賦值, 然后根據(jù)定義的參 圖2 32tL型門機主梁結(jié)構(gòu)的參數(shù)化模型數(shù)計算確定所有結(jié)構(gòu)尺寸, 最后建立有限元模型。 門機的型號多以跨度來定義, 本例 32 t門機( 的跨度參數(shù)為D =26000mm, 對于其他型號的建APDL命令流的建模過程與 GUI 圖型用戶界面)方式有所不同, 命令流方式的參數(shù)化建模更 模, 可通過在APDL中修改跨度參數(shù)D的數(shù)值來講究順序性。本文主梁模型采用殼單元 實現(xiàn), 同時也可實現(xiàn)其他結(jié)構(gòu)尺寸的變化, 例如SHELL181, 取自底向上的方式構(gòu)造有限元模型。 修改板單元的厚

10、度, 網(wǎng)格尺寸的大小等。圖 3為在定義尺寸數(shù)值的地方用參數(shù)變量名代替, 或使 跨度修改為D =10000mm, SHELL181四邊形網(wǎng)用與其相關(guān)的其他尺寸編號, 以達到參數(shù)化的效 格尺寸大小定義為 ELEM =400, 并同時修改其他果。在定義建模的關(guān)鍵點時, 根據(jù)點在坐標系中 參數(shù)后自動建立的模型。的相聯(lián)關(guān)系確定坐標值。例如, 在APDL中的關(guān)鍵 由于主梁內(nèi)部板件較多, 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜, 實現(xiàn)點 52和關(guān)鍵點53可以表示為 參數(shù)化建模的另一難點是如何使網(wǎng)格劃分后的有K, 52, L, W/2-33H3, H2-H1 限元模型在板塊之間的交接處能共用節(jié)點。本文 80 起重運輸機械 2009 (4

11、) 圖3 修改參數(shù)后的模型采用了對所有相連板件進行GLUE布爾運算的解決方法, 以滿足加載計算等的要求。利用APDL的循 圖4 主梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力云圖和變形云圖(a) 應(yīng)力云圖 (b)變形云圖環(huán)語句選擇不同位置的板塊, 反復(fù)進行GLUE布爾運算, 以使主梁的所有板塊連為一體, 滿足有限 4 結(jié)束語元分析的要求。 對主梁的參數(shù)化建模和仿真分析實例表明,3 有限元仿真分析實例 本文提出的方法簡單實用, 為不同型號門機的快以 32t門機為例, 運用基于以上原理開發(fā) 速有限元分析及其推廣應(yīng)用提供了一種有效手段。的參數(shù)化建模程序模塊, 快速建立有限元模型, 參 考 文 獻進行主梁結(jié)構(gòu)強度和變形的有限元分析。

12、假設(shè) 1 博弈創(chuàng)作室1APDL參數(shù)化有限元分析技術(shù)及其應(yīng)用實起重機仿真工況為無風環(huán)境下大車靜止, 小車 例1北京:中國水利水電出版社, 2004滿載位于主梁跨中, 起升吊重從靜止以額定加 2 周寧1APDL高級工程應(yīng)用實例與二次開發(fā)1北京:中速度加速到額定速度。運用ADAMS環(huán)境下的門機 國水利水電出版社, 2007虛擬樣機動態(tài)仿真, 獲得此工況下作用于主梁的 作 者: 史 進載荷值,再通過ANSYS參數(shù)化建模模塊施加載荷。 地 址: 華東理工大學(xué)機械電子工程專業(yè)ANSYS分析獲得的應(yīng)力云圖和變形云圖如圖 4 郵 編: 200237收稿日期: 2008-12-04所示。提升機全數(shù)字化控制自動化

13、系統(tǒng)兗州礦業(yè) (集團) 公司楊村煤礦的副井提升機原配置交流異步電動機驅(qū)動的TKD系統(tǒng),采用繼電器有觸點的邏輯控制,以磁放大器為核心組成模擬量可調(diào)閘閉環(huán)調(diào)節(jié),靠切換串入交流電機轉(zhuǎn)子的電阻來達到調(diào)速的目的,穩(wěn)定性較差。為此,決定對其進行改造,并在中國礦業(yè)大學(xué)的支持下,研制出了提升機全數(shù)字化控制自動化系統(tǒng)。礦井提升機直流拖動與交流異步電動機拖動相比,調(diào)速性能好,不需附加其他拖動裝置,容易實現(xiàn)自動化。此項改造的內(nèi)容是去掉TKD電控系統(tǒng)、交流電動機和信號操車設(shè)備等,改為新型的直流調(diào)速自動化系統(tǒng),主要包括開發(fā)1套由高壓開關(guān)柜、整流變壓器、電樞整流柜、司機控制臺、PLC柜、低壓配電柜和上位監(jiān)視機等組成的全數(shù)字自動化副井提升電控系統(tǒng),使用直流電動機,更換1套PLC控制信號操車設(shè)備。實踐表明,由于硬件電路均采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路,元器件少,結(jié)構(gòu)簡單,故障點少,可靠性高。硬件采用以總線聯(lián)系的模塊化結(jié)構(gòu),控制算法和系統(tǒng)控制利用軟件完成具有可構(gòu)置性,可以進行功能擴展,運行靈活。硬件工作狀態(tài)可以通過軟件來反映,軟件運行情況也可以通過硬件來