装卸桥静态和动态性能分析计算报告.doc

装卸桥静态和动态性能分析计算报告

1、技术目标：
对甲方提供的A7型10t装卸桥利用大型有限元分析软件ANSYS建立有限元计算模型，并对其进行有限元分析。
2、分析内容：
分析计算的内容如下：
（1）计算工况为：跨中、左1/4跨、左极限位置、右1/4跨、右极限位置。计算载荷为：风载荷、额定载荷、1.25倍载荷；
（2）分析计算装卸桥主梁和支腿的位移、应力、应变，以及装卸桥的最大应力和最大变形位置；
（3）分析计算装卸桥主梁、刚性支腿和柔性支腿的自由模态频率和阵型，以及满载小车位于右侧行程极限时，装卸桥的模态频率和阵型；
（4）分析计算装卸桥的稳定性；
（5）校核装卸桥关键连接面的连接螺栓强度。
该装卸桥的主要性能参数为：额定载荷10t；跨度50m；材料全部采用Q235。
3、静力分析计算
3.1有限元模型
分析过程采用商业有限元软件ANSYS10.0。首先研究装卸桥的结构参数、材料性能、工况，以及零件的尺寸和结构形式；然后根据装卸桥的结构特性和合同内容要求，分析ANSYS10.0单元库的单元类型，选择合适的单元来建立有限元模型。
装卸桥的零件比较多，如果采用的单元类型过多，划分网格的时候，由于不同形状单元之间过渡，容易引起单元畸形，影响最终的分析精度。因为装卸桥的零件主要是板型和梁型，所以在装卸桥有限元分析的过程中，主要采用了SHELL63单元和BEAM188单元。装卸桥板型零件采用SHELL63单元。SHELL63是一种4节点线弹性单元，它遵循基尔霍夫假定，即变形前垂直中面的法线变形后仍垂直于中面，SHELL63既具有弯曲能力，又具有膜力，可以承受平面内荷载和法向荷载。本单元每个节点具有6个自由度：沿节点坐标系x、y、z方向的平动和沿节点坐标系x、y、z轴的转动。应力刚化和大变形能力已经考虑在其中。比较符合装卸桥板型零件的实际受载情况。梁型零件采用BEAM188单元。BEAM188单元是一个三维线性（2节点）有限应力梁，当Keyopt(1)=0时，每个节点6个自由度。包括x，y，z方向和绕x，y，z方向。当Keyopt(1)=1时，每个节点还考虑了扭转自由度。该单元适用于线性，大旋转和大应变非线性分析，包括应力强化项在任何分析中。比较符合装卸桥梁型零件的实际受载情况。起重绳索采用LINK10单元，为了模拟重物提升过程中重物自重和重物动载荷的影响，重物采用质量单元MASS21。有限元分析时采用的材料常数见表1所示。
表1材料常数
材料（Q235）密度弹性模量泊松比Kg/m3Pa78002x10110.3在模型建立过程中，设定沿主梁长度方向为Z向，其中刚性支腿的方向为正向；设定竖直方向为Y向；大车行动方向为X向。有限元模型如图1所示。其中节点数17756，单元数21801，模型质量316t。
图1有限元模型

3.2边界条件
3.2.1约束条件
1).刚性支腿与主梁的固结部位的节点设定全耦合，从而模拟刚性支腿与主梁的固结；
2).柔性支腿与主梁结合的节点的耦合位移X、Y、Z以及旋转X、Y，从而模拟柔性支腿与主梁的铰接；
3).刚性支腿根部位移约束X、Y、Z；
4).柔性支腿根部位移约束X、Y、Z。

3.2.2载荷条件
载荷处理载荷处理和工况选择采用极限工作载荷组合，考虑到的载荷有：
1).A7型装卸桥额定载荷为10t，取动力系数1.25。由此设定起升质量为12500kg。
2).起重机自重，在建模过程中单位采用SI(MKS)，取重力加速度g＝10N/kg，沿着Y向。
3).抓斗和小车结构自重共为30.85t,在小车4个安装脚位置分别加载沿着Y向集中载荷77120N。
4).水平惯性载荷：取加速度0.13m/s2。同时，考虑到起重机驱动力突加或突变时，对金属结构的动力影响，取加速度放大倍数1.5。起重机刚结构水平惯性载荷作为惯性载荷施加于有限元模型上，重物的水平惯性载荷等效为集中载荷，分别在小车4个安装脚位置加载载荷1002N。
5).外部环境因素对装卸桥的机械性能也有一定的影响，其中风载荷的影响最大。假定在7级风速下，风压力垂直作用于主梁单侧迎风面。经过计算，确定风载荷大小为250N/m2，风载荷均匀分布在主梁的单侧表面。

3.3结果分析
静强度分析计算结构的应力分布和变形。对该装卸桥工作工况进行综合分析，下面分别从五种工况下，对装卸桥的机械性能进行静力学分析。

工况1：小车跨中时。集中载荷和质量单元位于主梁中间位置。装卸桥最大位移为15.1mm，位于主梁中间部分，如图2.1所示；最大应变为4.8x10-4，位于主梁靠近刚性支腿部分，如图2.2所示；最大应力为74.1MPa，位于主梁靠近刚性支腿部分，如图2.3和2.4所示；支腿部分最大应力为43.5MPa，位于柔性支腿部分