基于CAXA CAE的吊裝梁優化設計

羅德智

摘 要：CAXA CAE是與CAXA實體設計軟件直接耦合的CAE分析模塊。它使用Sefea（富應變有限元）技術、LSFEA（Least-Squared FEA，最小二乘FEA）技術，能耦合應力及非線性分析能力，分析精度可達二階元素分析精度，而計算成本僅與一階元素相當，適于非線性分析，與CAXA實體設計無縫耦合，形成CAD/CAE集成工具，方便用戶對產品進行產品輕量化、優化設計，以及對設計進行驗證。文章以某煉化廠冷凝器吊裝梁的設計，通過建模、有限元分析和應用，完成了吊裝梁的設計、優化和驗證。

關鍵詞：CAXA CAE；有限元分析；吊裝梁

前言

某煉化廠一臺冷凝器需要吊裝，冷凝器重心不均勻等難點致常規作業方法無法完成吊裝作業。通過設計專用吊裝梁，并通過CAXA CAE對其進行有限元分析、優化設計，最終完成冷凝器翻身、吊裝工作。本設計及工程應用為類似吊裝梁的設計優化提供一定的借鑒經驗。

1 吊裝分析

1.1 難點分析

（1）冷凝器需翻身、重心不均勻、吊點高，常規綁扎作業安全風險大、施工人員高空作業勞動強度大。

（2）施工現場空間狹小，周圍已運行的設備多，吊裝設備重、大。組裝精度要求高、高空安裝難度大。

1.2 吊裝梁設計要求

（1）根據冷凝器圖紙及外部結構特點，設計一套冷凝器掛繩專用可調整的吊具來滿足冷凝器的掛繩要求，要求方便、省力、實用、安全可靠。

（2）根據冷凝器上面的吊耳間距及兩面吊耳距離受力承載；吊裝梁安裝后鋼絲繩不能影響冷凝器本體。

2 吊裝梁優化設計

2.1 吊裝梁設計

冷凝器吊裝梁根據冷凝器上面的吊耳距離，拼裝好后直接與設備連接使用。高空作業時施工人員可施力在吊裝梁上。解決設備高空焊接空間小、施工人員站位等難題。

2.2 吊裝梁有限元分析

2.2.1 水平受力狀態

該冷凝器重約80t，水平受力（翻身）時吊裝梁外側吊耳各受力20t，有限元分析時，外側吊耳垂直方向載荷源加載20t。

2.2.2 垂直受力狀態

該冷凝器重約80t，垂直受力時吊裝梁外側吊耳每個受力40t。有限元分析時，外側吊耳垂直方向載荷源加載40t。

2.2.3 結果

吊裝梁在水平受力狀態時大部分等效應力數值小于200MPa，等效應力數值偏大區域為局部擠壓應力，通過局部加強滿足使用要求。

有限元軟件無法計算尖銳轉角處的精確應力。CAXA CAE分析中，如果模型中存在尖銳轉角，仔細核對模型是否已簡化。如果存在尖銳轉角，而該處并非我們所關注的地方，那么在計算時，就不要對此處加密網格，而只在關心的局部加密網格。簡化刪去倒角時可能會導致計算中的應力無限增大，此時我們會得到虛假的結果，從而導致誤判。

3 吊裝梁應用