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基于有限单元法的起重塔架强度及 非线性屈曲分析 张娅丽，黎 杰 （   ） 武桥重工集团股份有限公司，湖北 武汉 430056 ［摘要］利用有限元计算软件ANSYS对起重塔架的强度和非线性屈曲稳定性进行了校核，得出如下 结论：起重塔架的强度满足设计要求，但强度储备比较低，建议对结构进行相应的优化。结构的稳定性 有充足的储备余量，可以适当减小腹杆的密度，进一步降低结构的整体自重。 ［关键词］起重塔架；强度分析；非线性屈曲分析；有限单元法 ［中图分类号］TH213.5  ［文献标识码］B  ［文章编号］1001-554X （2012 ）12-0103-04 Analysis of strength and nonlinear bucking for hoisting tower based on the finite element ZHANGYa-li ，LIJie 起重塔架主要用于门式起重机及其它设备的 大变形问题的本构关系为 提升，由塔架、滑轮组、5t液压绞车、5t 吊钩滑轮 {K}{φ}={P} 组、综合电缆及绞车滑轮、起吊导向杆、固定式工 K P { T }{ Δφ}={ Δ } 作平台及直梯等组成。其结构简单可靠、自重小、 成本低廉，其为固定式安装，有时需配合移动小车 {KT }={K0 }+{KL }+{Kσ} 完成工作。 其中 { K }为单元刚度矩阵；{φ}为位移矩阵； 强度和屈曲稳定性问题是决定起重塔架承载 {P}为载荷矩阵；{KT }为切线刚度矩阵；{Δφ}为 P K }为小 力的两个重要因素。当结构发生屈曲时，屈曲载荷 位移增量矩阵；{Δ }为载荷增量矩阵；{ 0 的计算值与试验值之间、甚至各次试验值之间，存 位移情况下单元刚度矩阵；{KL }为大位移（变形） 在着很大的差异。其中结构的初始缺陷是引起屈曲 刚度矩阵；{K σ}为初始应力引起的初应力刚度 临界载荷降低的最重要的因素，初始缺陷在构件的 矩阵。 制作、运输、施工等过程中都可能出现，是无法避 非线性屈曲分析是指失稳前结构处于大变形 p 免的，因此实际工程中大多数的问题皆为非线性屈 状态，这时结构的刚度矩阵是载荷幅值 和位移向 u 曲问题。随着弹塑性理论、数值法以及计算机技术 量 的非线性函数。确定结构的临界载荷就是寻找 的迅猛发展，利用有限单元法能精确地求出结构非 使结构几何非线性方程的切线刚度矩阵成为奇异时 线性屈曲的临界载荷。本文利用有限元计算软件 p的临界值pcr ，即 ANSYS对起重塔架进行有限元建模、强度计算以 {K}{φ}=0 及非线性屈曲分析，对起重塔架的结构安全性进行 1.2 迭代计算过程［1 ］ 校核。