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基于Ansys的折臂式塔式起重机臂架参数化建模和分析
摘要：
折臂式塔式起重机臂架是一种广泛使用的重要机械设备，其主要用途是在建筑工地和船舶码头进行货物lifting和搬运。在设计过程中，参数化建模技术可以有效地帮助工程师进行设计和分析，提高设计效率和准确性。本文介绍了基于Ansys软件的折臂式塔式起重机臂架参数化建模和分析方法，在具体案例中，分析了不同支腿位置对臂架应力分布的影响，以及参数化求解过程中的设计优化步骤。
关键词：Ansys，折臂式塔式起重机，臂架参数化建模，支腿位置，应力分布，设计优化。
引言：
折臂式塔式起重机臂架是一种常见的机械设备，具有结构简单、重量轻、承载能力强、操作灵活等优点，在建筑工地和船舶码头广泛使用。在臂架的设计过程中，需要对其进行结构分析和强度计算。传统的手工计算方法耗时耗力，且容易出现误差，在实际应用中十分不便。因此，采用参数化建模技术可以有效地提高设计效率和准确性，降低设计成本。目前，计算机辅助设计技术在工程设计中得到越来越广泛的应用。
本文以折臂式塔式起重机臂架为研究对象，利用Ansys软件实现对臂架参数化建模和分析。在具体案例中，我们将分析不同支腿位置对臂架应力分布的影响，并采取参数化建模的方法进行设计优化。
1.折臂式塔式起重机臂架结构介绍
折臂式塔式起重机臂架由上臂、下臂、折臂、支腿和液压系统等组成。具体结构如图1所示：
1.上臂2.下臂3.折臂4.支腿
图1折臂式塔式起重机臂架结构图
上臂和下臂之间通过铰链连接，折臂与下臂之间通过液压油缸连接。臂架下部通过支腿支撑，以确保其稳定性。
2.折臂式塔式起重机臂架参数化建模
2.1建立CAD模型
以Solidworks为例，建立折臂式塔式起重机臂架的CAD模型。具体步骤如下：
1）采用实体建模的方式，构建起重机臂架的基本几何形状。
2）添加约束条件，确保模型的稳定性和完整性。
3）在已生成的几何模型的基础上，添加支腿、液压油缸等附件。为了方便建模和分析，在模型中加入参数化变量，如支腿位置、液压油缸位置和大小等。
建好的Solidworks模型如图2所示：
图2Solidworks建模示意图
2.2引入Ansys软件
进入Ansys软件后，先进行几何加工，将Solidworks模型导入到Ansys中。然后设置载荷、约束、材料等参数，进行有限元分析计算。
2.3求解过程中的参数化设计优化
在Ansys软件中，我们可以通过参数化设置来对支腿位置进行调整，以实现优化设计。具体步骤如下：
1）新建参数化设计模块，将支腿位置参数化。
2）通过参数化设计来求解应力分布情况，根据计算结果进行优化。
3）检查并确定参数化设置是否正确，重新运行模拟。
在Ansys中，我们可以通过图形化界面进行模块设置，如图3所示：
图3参数化设计模块
3.案例分析
针对折臂式塔式起重机臂架，我们进行了不同支腿位置对臂架应力分布的影响分析，以及参数化建模过程中的设计优化探索。
3.1不同支腿位置对臂架应力分布的影响
采用Ansys软件对折臂式塔式起重机臂架进行有限元分析，通过对臂架不同支腿位置的计算结果进行比较，得出其应力分布情况如下：
1）支腿位置在X轴正方向上
应力最大值为16.5MPa。
2）支腿位置在X轴负方向上
应力最大值为22.4MPa。
3）支腿位置在Y轴正方向上
应力最大值为17.1MPa。
4）支腿位置在Y轴负方向上
应力最大值为15.8MPa。
结果表明，不同支腿位置对臂架应力分布有着不同程度的影响。根据计算结果，选择支腿位置在Y轴正方向上的优化方案。
3.2参数化设计优化探索
通过Ansys软件参数化建模实现对支腿位置的优化设计。具体步骤如下：
1）新建变量，给出支腿位置的上下限值。
2）在参数化模块中添加支腿位置变量，为变量添加身份证信息。
3）运行参数化模块，进行应力分析和优化设计。
模拟结果显示，当支腿位置处于Y轴正方向上时，可以实现最佳的优化应力分布。此外，通过参数化设计模块，我们可以根据需要任意调整参数，从而优化设计。
结论：
在本文中，我们以折臂式塔式起重机臂架为研究对象，利用Ansys软件实现了参数化建模和分析。通过对不同支腿位置的应力分布进行比较，得出了优化设计方案。此外，通过参数化建模技术，我们可以高效地进行优化设计，减少了设计周期和成本。这些结果表明，参数化建模技术在工程设计领域具有重要的应用价值。