基于CAXA CAE的吊裝梁優(yōu)化設(shè)計(jì)

羅德智

摘 要：CAXA CAE是與CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件直接耦合的CAE分析模塊。它使用Sefea（富應(yīng)變有限元）技術(shù)、LSFEA（Least-Squared FEA，最小二乘FEA）技術(shù)，能耦合應(yīng)力及非線性分析能力，分析精度可達(dá)二階元素分析精度，而計(jì)算成本僅與一階元素相當(dāng)，適于非線性分析，與CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)無縫耦合，形成CAD/CAE集成工具，方便用戶對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品輕量化、優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。文章以某煉化廠冷凝器吊裝梁的設(shè)計(jì)，通過建模、有限元分析和應(yīng)用，完成了吊裝梁的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：CAXA CAE；有限元分析；吊裝梁

前言

某煉化廠一臺(tái)冷凝器需要吊裝，冷凝器重心不均勻等難點(diǎn)致常規(guī)作業(yè)方法無法完成吊裝作業(yè)。通過設(shè)計(jì)專用吊裝梁，并通過CAXA CAE對(duì)其進(jìn)行有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終完成冷凝器翻身、吊裝工作。本設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用為類似吊裝梁的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 吊裝分析

1.1 難點(diǎn)分析

（1）冷凝器需翻身、重心不均勻、吊點(diǎn)高，常規(guī)綁扎作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大、施工人員高空作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大。

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

1.2 吊裝梁設(shè)計(jì)要求

（1）根據(jù)冷凝器圖紙及外部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套冷凝器掛繩專用可調(diào)整的吊具來滿足冷凝器的掛繩要求，要求方便、省力、實(shí)用、安全可靠。

（2）根據(jù)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(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 吊裝梁設(shè)計(jì)

冷凝器吊裝梁根據(jù)冷凝器上面的吊耳距離，拼裝好后直接與設(shè)備連接使用。高空作業(yè)時(shí)施工人員可施力在吊裝梁上。解決設(shè)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(tài)

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

2.2.2 垂直受力狀態(tài)

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

2.2.3 結(jié)果

吊裝梁在水平受力狀態(tài)時(shí)大部分等效應(yīng)力數(shù)值小于200MPa，等效應(yīng)力數(shù)值偏大區(qū)域?yàn)榫植繑D壓應(yīng)力，通過局部加強(qiáng)滿足使用要求。

有限元軟件無法計(jì)算尖銳轉(zhuǎn)角處的精確應(yīng)力。CAXA CAE分析中，如果模型中存在尖銳轉(zhuǎn)角，仔細(xì)核對(duì)模型是否已簡化。如果存在尖銳轉(zhuǎn)角，而該處并非我們所關(guān)注的地方，那么在計(jì)算時(shí)，就不要對(duì)此處加密網(wǎng)格，而只在關(guān)心的局部加密網(wǎng)格。簡化刪去倒角時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算中的應(yīng)力無限增大，此時(shí)我們會(huì)得到虛假的結(jié)果，從而導(dǎo)致誤判。

3 吊裝梁應(yīng)用