某单梁桥式起重机主梁有限元分析

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采用传统的解析方法对桥式起重机主梁的截面应力状态进行分析时，其计算公式繁多、复杂，并且不能很准确地反映主梁的实际应力状态，应力集中位置情况-般是根据工程实际经验或者实验的方法来确定，容易引起误差或者提高设计成本。有限元方法是现代主要计算方法之-，其应用涉及现代工程科学的众多领域。本文以某电动葫芦单梁桥式起重机主梁为研究对象，建立有限元模型，校核主梁强度和刚度，确定应力集中位置，并对主梁设计提出合理建议。

I 建立主梁的有限元模型对于梁的受力分析在有限元中-般采用梁单元、实体单元或者壳单元。本文研究的主梁主要由钢板焊接构成，其厚度与截面的高、宽比相对较小，可以作为薄壁结构来进行分析∏单元适用于薄平板或曲面模型，采用壳单元的基本原则是每块板的厚度不大于其表面尺寸的 1/10。起重机主梁符合此原则，因此采用壳单元，选择壳单元 shel elastic 8 node。

主梁由厚度不同的 3种钢板组成，所以定义 3个实常数，分别为 5 mm、9.5 mm、15 mm。主梁材料为Q235钢，其弹性模量为 2.1×IO。MPa，泊松比为0.3。

由于该梁的模型比较复杂所以采用自顶向下与自底向上相结合的建模方法。

考虑到以后添加集中载荷的需要，在模型的跨中、1/4跨度、跨端截面上边缘中点分别设置硬点，这样划分网格时会在硬点位置生成节点，方便以后加载。划分网格时，主要采用四边形单元进行划分，使生成的有限元模型比较规则，个别部位采用四边形单元不能划分时采用三角形单元进行划分。主梁整体有限元模型如图1所示，主梁横断面有限元模型如图2所示。

图 l 主梁整体有限元模型图 2 主梁横断面有限元模型起重机主梁采用简支梁力学模型，为了使梁端能自由扭转，满足简支梁支座约束条件，在-端截面的截面重心处节点施加 X、y、Z方向的约束，在另-端截面重心处节点施加 y、Z方向的约束。

起重量 Q3 t，小车质量 G-0.32 t，可得集中力值P-3 000×9.8320×9.832 536 N。加载位置分别为跨中、i/4跨、跨端相应的硬点，方向垂直向下。

在加载时集中载荷如果完全加载在某-节点上，有时太原科技大学大学生创新训练 (UIT)计划项 目 (xj2O12069)收稿日期：2012-I1-02，修回日期：2012-11O作者简介 t王文浩 (1976-)，男，山西洪洞人，讲师，在读博士生。主要从事机械金属结构、工程力学、机械优化设计等领域的教学和研究。

· 18 · 机 械 工 程 与 自 动 化 2013年 第 4期由于起重机主梁在制造中-般均设置反拱，其值- 般均要求抵消自重产生的挠度值，因此在刚度计算时不计入起重机本身的自重。起重机刚度许用值-般为[力16.5 mm。本起重机主梁的变形图见图 10。

起重机 的挠度值 f-12.37 mm<[，]16.5mm，所以起重机刚度满足要求。

oi0686 10.285 20.659 3O.833 41.1085.148 18.422 28.696 36.971 46.245图 9 主梁 1/4跨度处作用集中荷载时的组合应力云图Oi 0W - l1'rzI，wp X 12.3'图 l0 主梁变形图5 结束 语本文中所运用的有限元分析方法极大地提高了计算分析效率，可以全面准确地分析主梁的受力，而且能较好地模拟起重机主梁的实际受力情况。

由有限元分析可知，桥式起重机主梁应力集中部位出现在上盖板、腹板与横隔板的交接处，故此处在设计时应重点考虑应力集中和疲劳破坏问题。