轻型堆垛机立柱失效分析

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随着现代物流技术的发展，自动化立体仓库得到了广泛的应用，堆垛机作为 自动化立体仓库的主要设备，其性能越来越受到用户的重视，同时由于客户需求不同，使企业生产的堆垛机型号呈现出多样化的特点，其设计生产加重了工程师的工作强度↑年来，仿真软件的应用为工程师提供了帮助，缩短了设计生产周期，但是由于生产原料、加工工艺等存在的缺陷，导致 了仿真结果与实际结果存在-定误差，-些对缺陷敏感的构件存在百分之几百的误差，这就要求工程师及时对仿真结果进行修正。某型号堆垛机工作时要求高加速度和高运行速度，其立柱采用新工艺设计生产，以减轻整机质量，因此，需对其主要构件--立柱的失效形式进行研究，以确保产品的正常工作并为后期改进提供依据。

1 软件介绍为了保证立柱的正常工作，立柱应能够承担极限工况时的载荷，需满足强度、刚度和稳定性要求。本文从强度、刚度和稳定性要求出发，对立柱进行分析。在丁程实例中，由于载荷的增加，- 54 - 在结构发生弹性失稳前，部件的某些部位可能就已经产生塑性变形，分析此类问题，需将特征值问题和非线性问题结合起来求解，而且当应力达到比例极限时非线性分析的结果误差明显小于线性分析的结果误差，因此，采用 MSC.Patran/Nas-tran分析软件对立柱进行分析时采用了非线性分析，以确保计算的精确度，Nastran的非线性分析主要针对以下几种情况：1)几何非线性--大位移和大转动，包括屈曲和后屈曲弧长法；2)材料非线性分析--塑性和蠕变；3)几何非线性和材料非线性组合分析；4)边界非线性分析--接触分析。

对于有限元求解的非线性问题，须采用-系列带校正的线性近似来求解，即将载荷分成-系列载荷增量，在每个增量求解完成后，继续求解下-个载荷增量之前，要调整刚度矩阵以反映结构刚度的非线性变化，Nastran软件采用Newton-Raphson平衡迭代克服载荷增量累计误差。

在非线性分析中，平衡方程的求解依赖于位移矢量的初始估计值 改进的估计值u u。Au式中：Au是待定修正项，把应变能表达为《起重运输机械》 2013(2)位移 M1的函数，有- ： 0Aa u 对以上两式进行-阶Taylor级数展开有M ，J ：/Z ， △ (1) (2)式 (2)即为 Newton-Raphson法的基本公式，它的右边项为不平衡力矢量，随着迭代的增加，不平衡力逐渐减少。在任何-个载荷步，求出-个△u，然后用式 (1)给出位移 的最佳估计值，再结合弧长法求出新的 △M。重复以上过程，直到不平衡力小于给定误差。

2 试验内容2.1 立柱尺寸立柱长5 060 mm，厚为2 mm，截面尺寸如图l所示。

图 1 立柱截面尺寸2.2 立柱加工方法立柱加工采用卞折弯成截面形状，然后焊接起来，最后对立柱进行调直、整平，因此，在立柱轴向存在总长为 10 ITI的焊缝 ，且由于卞结构焊接时会产生波浪变形 ，虽然后期经过调直、整平处理，但焊缝的存在将影响立柱的整体性能。

向 砝码图2 试验示意图《起重运输机械》 2013(2)试验前对立柱调直、整平，尽量使其轴线保持水平。其中立柱端部固定， 立柱顶部 630 mm的范围内加载砝码。采用砝码加载方式模拟立柱受力，并用激光测距仪测量立柱变形量。

3 有限元建模3.1 单元选用与网格划分由于立柱长 5 060 mm，而板厚仅 2 mm，所以应采用壳单元建立有限元模型。为了能更精确得到分析结果，本文采用计算精度最高的 Quad单元。为了能在 Patran中用 IsoMesh网格生成器来划分网格，在 SolidWorks建立几何模型时应将所有的面按 钱币原理”划分成简单面。立柱根部网格划分如图3所示。

图3 立柱根部有限元网格划分3.2 非线性分析在 Patran/Nastran非线性分析中需要注意设置材料比例极限为 210 MPa，并在工况设置中选择弧长法来进行分析。

4 分析结果讨论4.1 分析结果对比对立柱进行强度分析显示立柱的危险区域，危险区域的位置与试验结果-致，由图4可知危险区域为筋板与立柱的连接点顶端，分析结果表明在加载砝码达到1 000 N时，最大应力为375 MPa，由普图4 立柱应力危险区域但是延伸率会有所降低。屈服强度提高-般不是 1)由于此型号的堆垛机是轻载工作方式，立很大，可以忽略，但是某些构件屈服强度却可能 柱在现有结构和加工工艺下满足工作要求。

会有很大提高，这时可以加以利用，例如由卞 2)焊缝减小了结构的刚度，加大了变形，降经冷加工成型的型钢，在棱角处的屈服强度可以 低了临界载荷。

提高50%左右，抗拉强度可提高 30%，平板部分 3)焊缝使结构失稳位置向离开约束的方向也略有提高，强度的提高与棱角处冷弯半径和板 偏移。

厚的比值有关，还与材料的抗拉强度与屈服强度 设计者在后期性能改进中应以提高刚度为主的比值有关，平板部分的强度提高主要与冷弯型 要 目的。

钢在调直、整平和成型过程中受到不同程度的冷作硬化有关。