基于ANSYS的煤矿井架的优化分析.pdfVIP

低 温 建 筑 技 术 2015年第 8期 (总第 206期) DOI：10．13905／j．cnki．dwjz．2015．08．034 基于 ANSYS的煤矿井架的优化分析 王 敏 ， 李飞舟 {1．宝鸡市民用建筑勘察设计院， 陕 西 宝鸡 721003；2．宝鸡文理学院机 电工程系， 陕西 宝鸡 721007) 【摘 要】 建立了钢井架立架的三种模型，通过ANSYS对其进行了竖向荷载和水平荷载下的受力分析。研 究了在立架中腹杆的不同布置形式和方向对受力和位移的影响。通过计算分析，在用钢量相同的条件下，模型B 的各杆件受力均匀 ，最大应力为模型A的85％，其最大位移在三种模型中也最小。 【关键词】 钢井架；优化分析；有限元 【中图分类号】 TU391 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2015)08—0092—02 井架是矿山地区的主要构筑物，由于井架长期处 1 有限元模型建立 于野外作业环境 ，并且移动频繁，所以将逐渐产生腐 本文取一22m井架立架的中段进行分析，根据斜 蚀 、变形、疲劳、裂纹 以及其他局部或整体损伤等缺 杆的布置形式，利用 ANSYS建立 了三种模型，分别如 陷，井架结构设计是否合理成为钻井及修井作业 中的 图1所示。可以看出，图 1中模型A各个立面的斜杆 重大安全隐患 。井架主要构件受力都 比较复杂， 都是单斜杆同向布置的，正立面和右侧立面的斜杆都 目前还没有针对钢井架的合理设计软件 ，大多是人工 斜向立柱2，背立面和左侧立面的斜杆都斜向下指向 手算 ，计算工作量很大，而 ANSYS软件很适于钢结构 立柱4。图2模型B各个立面的斜杆都是单斜杆折线 的模拟和计算 ，其计算速度快，结果也 比较准确 ’。 型布置的，且同一高度各个立面斜杆斜 向下指 向的立 井架一般分为立架 、斜撑 、起重架 、天轮平 台、支持框 柱都不相同。图2模型C各个立面的斜杆都是单斜杆 架和基础六个部分。其中立架和斜撑都是空间桁架 同向布置的，同一高度各个立面斜杆斜向下指 向的立 体系，是井架的重要组成部分。在桁架 中斜杆的布置 柱都不相同。三种模型中立柱 l～4的截面都为钢管 形式和方 向都会影响其受力，在用钢量相 同的情况 qb89×8，横撑都为钢管 qb76X5，斜撑全部为 0×5。 下，为了使设计更加经济合理，本文基于 ANSYS对井 钢材全部为 Q235钢。应用 ANSYS的BEAM188单元 架的立架进行了优化分析。 进行模拟 。 3 Z 模型A 模型B 模型C 模型A 模型B 模型C 图 1 模型A、B、C 图2 模态分析第一振型图 2 结构分析与计算 只有 z方向的平动，而模型A除了z方向还有 方向 三种模型进行了模态分析 ，其第一振型分别如图 的平动，说明模型 B和C优于模型A。 2所示。三种模型的第一频率分别为 13．697、14．257、 立架要同时受顶部竖向力和水平风载的作用，风 14．144Hz，可以看出模型 B和模型 c的频率相近，且 载对立架的影响相对竖向力要小的多。三种模型在 大于模 型A，说明模 型 B和模型 c的刚度较模型 A 竖向力、自重和风载作用下，其计算结果分别如图3～ 好。通过图2可以看出，模型B和模型c的第一振型