《ANSYS工程分析进阶实例》第六章机械工程应用实例.docxVIP

机械工程应用实例

知识要点：

团.箱形结构

团.挪移载荷

团.模态分析

团.接触分析

团.函数边界

团.过盈装配

团.路径分析

团.时程分析

团.Workbench

团.应力线性化分析

团.螺栓连接件的预紧力分析

团.APDL编程实现节点载荷循环求和

团.BEAM188、BEAM189、SHELL63、SHELL181单元

本章导读：

在机械行业分析设计中，越来越多地应用CAD、CAE技术进行辅助设计和辅助分析。ANSYS软件有效的将有限元数值分析技术和CAD、CAE有机地结合在一起，使用户可以直观地分析结构设计中的问题。

集装箱起重机主要使用在吞吐量大、装卸频繁的集装箱货场、货运站。本章中的RMG门架结构为典型的箱形结构，在比较了ANSYS中几种梁壳单元后，最后选用SHELL63来摹拟龙门吊中的箱形梁。

回转窑是一种大型回转圆筒设备，是一种对称机构，包含了滚圈和托轮的接触、托轮和轴承的接触问题，含有高度非线性。其中托轮和轴承还有过盈配合问题。筒体对滚圈的压力简化为一个在柱坐标下的余弦压力。

ANSYSWorkbench提供了一个协同仿真平台，拥有强大的CAD-CAE几何模型数据接口。法兰接头广泛应用在压力容器和管道的可拆卸连接结构中，本章使用Workbench对法兰结构在螺栓顺序装配时的受力和变形进行有限元分析，其中包括了螺栓连接件的预紧力分析。

锥形夹头是一种机械常用装置，用于夹持机械构件。接触分析是结构分析中的难点，本章以锥形夹头为例，详细地演示了接触分析的过程。并且中使用APDL编程的方法演示了复杂的后处理技术。

在化工生产中，压力容器是使用最为广泛的一类设备。本章以双支座卧式容器为例，采用ANSYS软件进行了有限元应力计算，分析了容器的应力与变形，并对其进行应力评定。普通情况下，沿穿过壁厚路径的线法强度评定方法是目前最常用的方法。ANSYS软件提供了应力线性化后处理方式。

6.1龙门起重机结构有限元分析

集装箱起重机主要使用在吞吐量大、装卸频繁的集装箱货场、货运站。对于一些中小型集装箱货场来说，除了采用专用的吊具防止集装箱变形外，与普通货场装卸大件货物，并没有什么很大的区别。也就是说普通普通轨道式龙门吊只要分量、高度够用，就可以装卸集装箱。许多铁路集装箱站就是如此。也就是说从事集装箱运输不一定非要轮胎式箱吊等专业工具。

实践表明，采用轨道式集装箱龙门起重机，同样的投资，大约至少可以增加三分之一以上的存箱面积，容量则可以增加一半以上。与桥式起重机相比，主要区别在于支脚。轨道式龙门吊(简称RMG)是靠起重大梁两端的支脚和其走行轮在地面上的轨道上往复行走，桥式集装箱起重机则是将轨道架设在空中的轨道梁上，大梁和起重小车在空中的轨道上行走。可见轨道式起重机可靠性要高些。

6.1.1问题描述

根据国内外经验，拟今后主要采用轨道式集装箱龙门起重机。为了有利于回转小车的布置，集装箱龙门起重机门架结构多采用双桥架结构。常见集装箱龙门吊的分类如表6-1所示。

表6-1集装箱龙门吊分类表

按伸臂情

况分

按轨道在主梁上布置

按截面形式分

位置

按支脚和主梁

连接

无伸臂

双三角桁架截面

正轨箱形梁

双刚支脚结构

单伸臂

双矩形桁架截面

偏轨箱形梁

一刚一柔支脚结构

双伸臂

双矩形混合截面

半轨箱形梁

图6-1模型简化图

本文的研究对象是一双刚支脚结构，鉴于本文主要是研究龙门吊的刚框架结构，因此对模型进行了一定的简化。简化后模型如图6-1所示。

6.1.2力学及其有限元模型

本模型为典型的箱形结构，选用SHELL63来摹拟龙门吊中的箱形梁。工况载荷只考虑起吊挪移载荷和下车自重。

1、门架跨度和伸臂长度的力学模型

在特定的作业面内，桥架的总长度是一定的。对于不受装卸工艺条件限制的龙门起重机，可以从质量最轻的条件出发，求得最佳的伸臂长度对跨度的比值。显然，当门架主梁沿全长的最大弯矩图越均匀，按强度条件设计的主梁就越轻。参见材料力学可知，这样按照等强度原则，即使得门架主梁外伸臂段的最大负弯矩等于跨中段的最大正弯矩，求出伸臂长度对跨的最佳比值，如图6-2所示。即满足如下条件：

M=M=M

AgBgCg

M=M=M

APBPCP

(6-1)

(6-2)

式中M、M为主梁自重引起的主梁在两个支脚处的弯矩；M为主梁自重引起的

AgBg