解读桁架门式起重机结构的有限元分析

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桁架门式起重机的金属结构具有自重轻、迎风面积小、承载能力大等特点，从而得到广泛使用，尤其是在起重量为中小吨位的门式起重机上的应用比较具代表性，同时该类型起重机也是河南省起重机械产业的主导产品。目前我国把起重机械列入特种设备进行安全管理，采取制造许可、型式试验以及监督检验和定期检验等手段加强全生命周期内的安全评价，但受技术水平和人才势的制约，大量中小企业缺少计算和分析能力，型式试验机构人员面对大量该类型的起重机也亟须采取一种速、高效的手段进行核算，而有限元分析技术被认为是目前比较有效的手段之一，但在采取有限元分析技术时，笔者发现国内大量论述集中在为解决耗费工作量问题的参数化建模方面，对分析结果的后处理技术介绍较少，为此本文结合起重机设计规范GBT3811-2022中对起重机金属结构强度、稳定性的核算规则和验算要求，对后处理技术的现做一提炼，供国内同行和起重机制造企业的分析人员参考。有限元分析公司的最新消息可以到我们平台网站了解一下，也可以咨询客服人员进行详细的解答！http://www.nataid.com/

目前公认的对起重机金属结构分析有效的工具是有限元分析技术，其分析过程常是建模、求解和后处理。这里的求解就是根据有限元相关技术求解节点位移，进而求解出内力和应力的过程，而求解完成问题后，会把计算结果保存在一个表里面，表的行是单元的编号，表的列是单元的计算结果，如节点位移、节点力、应力、应变等，结合建模过程中单元的基本参数，是可以根据起重机设计规范的要求，分别计算各单元的强度和稳定性，如通过遍历全部杆件，并根据计算出的内力结果进行比较，就完成了后处理的可视化，流程如图所示。现在的问题关键是起重机设计规范和有限元计算结果的有机结合，也就是所谓后处理，观察和分析有限元的计算结果，来判定计算是否正确。

本文以有限元分析软件ANSYS来论述，在ANSYS中B188作为维线性有限梁单元常被用来分析空间桁架结构，运用APDL语言开发后处理的宏文件，提取ANSYS软件计算的结果，运用我国《起重机设计规范》计算公式，合理简化后核算起重机结构的强度和稳定性，其中稳定性验算是空间双向压弯构件的梁杆单元在弹性的理论假设下的稳定性分析。

后处理基本功能包括数据提取和准备、稳定与强度判断和基本数据输出部分。

正如上所示，ANSYS求解完成问题后，会把计算结果保存在一个表里面，表的行是单元的编号，表的列是单元的计算结果，如节点位移、节点力、应力、应变等，ETABLE这个命令就是把表中的某个列取出来，赋值给某个自定义的向量，再通过*GET命令可以指定某个具体的单元，就可以把该单元对应计算结果取出来

梁的轴力和弯矩是常用的力学参数，B188的后处理中提供了线性的应力输出作为SMISC输出命令的一部分，命令格式如下：ETABLE，L，I，C将单元值生成一个表以便进一步的处理。命令选项解释：L用户自定义的表；I选项称，这里是SMISC；C选项的栏目，见表。

SMISC输出命令的输出项目对应一个序列号，如节点的轴力序号为1，则节点处的轴力列表命令为ETABLE,_,SMISC,1。

首先要根据金属材料的屈强比计算许用应力，对于中小吨位的桁架门式起重机常使用Q235，屈强比051~063，所以根据文献，其许用应力计算：[]=式中[]钢材的基本许用应力（MP）；材料的屈服极限（MP）。与载荷组合类别相对应的安全系数；进而获取单元总数和单元的比较小编号，并定义与单元总数维数相同的数组。