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起重機是一種不受地面活動干擾的機械式搬運設備，裝備于國民經濟發(fā)展過程中的各個部門，是實現(xiàn)物流搬運機械化的關鍵。起重機金屬結構是起重機的機械骨架，起著承受和傳遞起重機所負擔載重及其自重的作用，是起重機的主要組成部分。長期以來，起重機金屬結構多采用以古典力學和數(shù)學為基礎的半理論、半經驗的設計方法，設計過程反復多，周期長，精度差。隨著計算機技術和現(xiàn)代設計理論(如可靠性理論、優(yōu)化理論及有限元等)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了許多跨學科的現(xiàn)代設計方法。這些方法與起重機結合，使起重機金屬結構設計進入了新的高質量、高效率階段。目前在起重機行業(yè)已廣泛運用有限元分析軟件(如Ansys等) 對各類起重機進行結構分析，但國內大多數(shù)起重機設計人員還不能熟練運用這些軟件，加上Ansys有限元實體建模和修改的復雜性及模型調試的耗時性，導致起重機設計過程緩慢，設計出來的產品缺乏競爭力。
雖然現(xiàn)有起重機金屬結構有限元分析研究的文獻不少，但主要集中在整體金屬結構的靜態(tài)和動態(tài)分析上，很少有對箱形梁內部或外側加勁肋對箱形梁受力影響做詳細分析評價的研究。為此，杭州那泰有限元分析公司結合50t-30m跨度的U形門式起重機金屬結構，基于Ansys的APDL語言，參數(shù)化地實現(xiàn)了起重機主梁的建模、分網(wǎng)、加載、加約束及有限元分析，探討了其有限元模型的正確性及其分析結果的收斂性；對內部不同加勁肋組合方式的起重機箱形梁進行詳細的結構靜力學分析，定量給出主梁橫向及縱向加勁肋對主梁強度及剛度影響的大小，為今后起重機金屬結構的有限元分析計算提供可靠的技術指導。
U形門式起重機的主要性能參數(shù)為：額定起重量50t，跨度30m，起升高度15m，小車總質量14t，懸臂長12m，小車輪距3.1m，小車軌距8m，起升速度7.75m/min，小車運行速度38.6m/min，有效懸臂長8.5m。
依據(jù)起重機實際運行工況及GB/T 3811-2008《起重機設計規(guī)范》，結構強度計算應按有風工作狀態(tài)下的載荷組合B進行即： 1)滿載小車位于主梁跨中，大車、小車同時運行制動，風力平行于大車軌道；2)滿載小車位于有效懸臂端，大、小車同時運行制動，風力平行于大車軌道。由于主梁跨度L≥30m，支腿采用一剛一柔的結構形式。材料Q235，安全系數(shù)1.33，許用應力176.69MPa。
依據(jù)GB/T 3811-2008《起重機設計規(guī)范》，滿載小車位于跨中及有效懸臂位置的主梁內力計算結果表明，主梁最危險截面是滿載小車位于有效懸臂端時懸臂根部截面(支腿處) ，該處最大應力為106.5MPa，最大變形為21.13mm，強度未超過許用值176MPa，剛度小于許用值24.29mm，滿足設計要求。
起重機主體部分由鋼板焊接而成，鋼板屬于板殼結構，不僅會產生平面變形，還會產生空間彎曲扭轉的復雜變形，故在建模時對主體結構采用殼單元Shell63進行模擬。Shell63單元具有彎曲和薄膜功能，允許面向和法向載荷。由于集中載荷直接施加到主梁的殼單元上會產生較大的應力集中，故在主梁上加設采用實體單元Solid45的軌道簡化模型，并將集中載荷施加在軌道上，避免造成主梁的應力集中。根據(jù)起重機常用材料Q235B，其彈性模量2.12×1011N/m2，泊松比0.3，密度7860kg/m3。
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