畢業(yè)論文有限元分析法在起重機結構設計中的應用

1、有限元分析法在起重機結構設計中的應用摘 要：在現(xiàn)代化工業(yè)中，大量的起重機械被應用到工業(yè)化的過程中，這也給工業(yè)化的進程提高了生產效率，大量的減輕勞動力，同時對現(xiàn)代機械化與自動化水平的提高也起到了非常大多的促進作用。當前，隨著計算機軟件的不斷普及與應用，有限元分析法的應用也被應用到了起重機的設計過程中，有限元分析法具有靈活的交互分析能力，不但可以模擬仿真多種物質的作用機理，而且還可與多款三維設計分析軟件相互耦合，將有限元分析法應用于起重機設計中有極高價值。以門式起重機為例，就有限元分析法在起重機機構設計與分析中的應用進行了淺要的探討。關鍵詞：有限元分析法 起重機 結構設計前言起重機的主要作用就是對

2、物品進行垂直提升或者水平搬運。通過不停的做循環(huán)搬運重物，被廣泛的應用在很多的商業(yè)港口、重工業(yè)生產車間、現(xiàn)代的高層建筑、還有農林等各個領域，起重機的對提高工業(yè)生產效率，降低工人的勞動強度極為重要，也是工業(yè)化生產過程中實現(xiàn)機械化、自動化的一項重要設備。隨著我國居民對于起重機需求數(shù)量的不斷增加，起重機的設計與生產技術也在不斷的進步，尤其是機械設計軟件起重機設計領域中的不斷應用，大大地提高了起重機設計的機械結構強度，對于起重機的整體的機械性能也有了極大的提高。有限元分析法是一款集結機械構、液壓系統(tǒng)內部流體、電場以及磁場的分析于一體的大型通用設計方法，有限元軟件應用最多的就是ANSYS軟件，它本身不但能

3、與多數(shù)三維設計軟件接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，還可以應用于理論力學，材料力學、結構力學學、電磁學等方面的計算、求解和數(shù)值模擬，不但可以有效地提高起重機整體的設計效率，還能夠對起重機的詳細的設計結構進行設計和優(yōu)化，將有限元分析法應用于起重機設計中才可以獲得極高價值。1 起重機機構設計與分析起重機的結構設計，主要是針對起重機德爾框架的結構進行設計和分析，還要對起重機的主梁，以及主梁兩端伸出的懸臂梁，對梁的整體的結構進行優(yōu)化設計，并對其進行詳細的有限元分析。對于門式起重機而言，起重機的門框結構可以分為門式結構和懸臂門式結構兩種；對于起重機的主梁部分，按照結構劃分可以分為單主梁和雙主梁，主梁有桁架梁、箱

4、梁、蜂窩梁三種形式。 2.有限元分析法在起重機設計中的應用2.1 優(yōu)化設計過程分析在門式起重機設計中，可以利用 ANSYS 進行結構靜力分析、結構動力學分析、結構非線性分析以及動力學分析。首先需要針對門式起重機自身的設計結構，對其進行整體分析與規(guī)劃，包括起重機整體的結構尺寸、具體的受力部分的詳細結構、其余部件的受力數(shù)據(jù)等，然后利用有限元分析軟件建立門式起重機的結構模型，再根據(jù)具體的設計情況對起重機的設計模型進行材料定義，之后對結構實體進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分要注意邊界的網(wǎng)格劃分情況，以便更好的計算出仿真分析的結果，之后定義實體的邊界條件并在正確的位置施加外部或內部荷載，對幾何體進行添加約束、集中

5、荷載、慣性荷載等。定義邊界條件并正確施加荷載后，利用軟件提供的處理器進行數(shù)值模擬計算，以更好的獲取仿真實驗的數(shù)據(jù)，對所獲取的模擬數(shù)據(jù)進行分析并對結構進行更進一步的優(yōu)化，在保證結構強度、剛度、穩(wěn)定性等方面要求下獲取最優(yōu)設計方案。2.2起重機結構設計參數(shù)的確定起重機的結構設計參數(shù)的確定需要很多部門之間協(xié)同來做，不同的設計部門針對不同的設計部分都需要對其進行更加詳細的設計方案，在方案確定之后就需要對其進行結構參數(shù)的確定，以門式起重機為例，其主要包括門架形式、跨度、懸臂長度、起升高度、支腿、主梁截面、軸距幾個方面。目前門式起重機常用的門架形式有板梁和杵架兩種結構，有著多種支腿型式和主梁截面型式，不同的

6、結構和型式受力情況會有一定差異。對其結構設計主要是以起重機所應用的范圍以及工作環(huán)境進行結構的受力分析，根據(jù)分析結果對起重機進行更加詳細的結構優(yōu)化，已達到起重機的整體的設計目的。2.3有限元方法的應用在過去，對起重機的進行設計的過程中，需要通過理論計算，并結合古典力學和數(shù)學基礎理論，通過計算完成設計，再設計一些實驗樣機，對其進行試驗，再結合一些實踐的經驗、類比等進行設計方案的修改，這種設計方法不但周期長、精度差，而且重復性工作較多。在起重機的設計計算中，需要用到大量空間結構的超靜定力學分析問題，計算工況極為復雜，采用傳統(tǒng)的計算方法是很難滿足復雜分析的需要，其簡化和假定的數(shù)據(jù)所獲得的計算結果也會與

7、實際情況有較大出入，需要給予極大的安全系數(shù)補償。而利用有限元分析法，對起重機的過程中，可以對很多的細節(jié)結構節(jié)點進行離散，通過有限元節(jié)點參數(shù)的計算之后，不但可以完成一些復雜的結構力學分析，還可以更好的滿足橋架、機器的零部件、內部結構的優(yōu)化設計需要，促進了起重機性能、成本、工藝、制造、使用等方面的整體優(yōu)化設計。同時，還能很好的適應于極限狀態(tài)模擬仿真分析，并按許用應力對門式起重機的結構強度、結構剛度、結構疲勞度、結構穩(wěn)定性進行計算，獲取更為豐富和接近實際的數(shù)據(jù)。3總結利用傳統(tǒng)的機械設計計算方法，已經很難滿足對起重機整機的設計。主要是因為傳統(tǒng)的計算方法計算精度差、工作量大、覆蓋面不廣、重復勞動較多、計算冗余太大等問題，這都嚴重影響了起重機設計的可靠性和經濟性。利用有限元分析法進行模擬仿真計算分析，在對起重機設計的過程中大量的工作都可以通過計算機來完成，可以極大地簡化設計計算工作，獲取更為豐富的數(shù)據(jù)，能有效提高設計效率，提高設計可靠性和精確度，對獲取最優(yōu)設計方案有著極大的幫助，應用于起重機設計中具有極高的經濟價值和社會價值。參考文獻1 徐格寧機械裝備金屬結構設計