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基于ANSYS的吊臂有限元分析

2023-01-28 19:30阅读：

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编辑：杭州那泰科技 www.nataid.com
基于ANSYS的吊臂有限元分析
有限元分析吊臂所受的载荷有：吊重、侧载(风载荷、惯性载荷和偏摆载荷)、起升绳拉力、吊臂自重。吊臂自重由ANSYS自动计算，由于吊臂按实际工况建模，所以重力直接加载，注意施加的重力加速度方向的反方向才是惯性力的方向。其它载荷(数值由上一节算出)按所在位置加载即可。约束处理：基本臂尾部与转台铰接处，约束3个方向平移自由度(Ux、U
SPAN>、Uz)和两个方向的转动自由度(Rx、Ry)，释放绕销轴中心回转的转动自由度(Rz)，变幅液压缸铰点处同样处理。
通过上述有限元模型进行计算，得到在计算工况下的最大变形量为：均位于吊臂头部，如图所示。
如图所示，吊臂液压缸铰点处(单元9的J节点)弯矩最大为3.08×105N·m，然后从两边逐渐减少，吊臂顶端为-1.142×104N·m，基本臂尾部约为0，与理论解析相同。在吊臂重叠处出现非线性下降，这是由于耦合技术形成理想刚体所致。液压缸铰点弯矩为-3.08×105N·m。第2节臂与第1节臂末端重叠处弯矩为-2.09×10N·m，第3节臂与第2节臂重叠处弯矩为-1.13×15N·m。弯矩精确理论。
解析解分别为-3.06×105N·m、-2.142×105N·m和-1.16×105N·m，误差为0.6%、2.4%和2.5%。如图9所示，吊臂在液压缸铰点处(单元10的I节点)应力最大为-231.659MPa，然后向两边逐渐减少，吊臂顶端为-17.9MPa，基本臂尾部约为0，与理论解析相同。在吊臂重叠处出现非线性下降，与弯矩下降的原因相同。吊臂在铰点处应力最大为-231.659MPa(负号代表压应力)，而在此处理论解析解为-249.487MPa，误差为7.1%。从以上分析得出：ANSYS计算值与理论解析值很接近，最大误差不超过10%，说明计算结果是可靠的。
在ANSYS中采用自定义截面梁模型进行吊臂结构数值计算，能较好地解决截面复杂且为变截面吊臂结构的建模问题；并且建模速度快，节点数、单元数大大减少，加快了计算速度，节约了成本，计算结果与理论解析解进行对比，结果较为精确。但使用这种方法进行吊臂的强度、刚度分析也有其局限性，如对于吊臂上所贴加强筋板无法考虑，吊臂组成板及局部区域应力分布看不到。
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