基于ANSYS的柔支腿門式啟閉機三維有限元分析

黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司 河南 鄭州 450003

隨著技術(shù)水平的進步,大跨度、大啟閉容量的門機越來越多的被應(yīng)用于工程項目中,本文通過對某工程的門機的ANSYS有限元分析,對結(jié)構(gòu)的連接、約束、載荷進行了合理的處理,計算了在不同工況下,門機的應(yīng)力和應(yīng)變變化情況,為今后類似結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計及優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計提供一定的理論依據(jù)。

1 有限元模型

根據(jù)某工程2000kN/200k N A型雙向門式啟閉機,采用大型通用有限元軟件ANSYS建立門架的整體有限元模型。

模型共剖分單元77665個,模型及劃分如圖1所示。

圖1 門體有限元模型及網(wǎng)格劃分

2 計算分析

2.1 計算工況

工況一:

小車位于左側(cè)懸臂端,啟閉1700kNx1.1倍荷載,工作風(fēng)壓從右側(cè)吹向左側(cè),且工作風(fēng)壓為250N/m2

工況二:

小車位于左側(cè)懸臂端,啟閉1700kNx1.1倍荷載,工作風(fēng)壓從右側(cè)吹向左側(cè),且工作風(fēng)壓為250N/m2

2.2 約束條件

1)四個支承點,同側(cè)軌道一個為三向鉸結(jié)點,一個為兩向鉸結(jié)點,兩側(cè)軌道相同。

2)鉸接處自由度耦合:門機柔性支腿處采用鉸接的連接方式,支腿相對主梁具有轉(zhuǎn)動自由,本分析中,在耳板中心監(jiān)理至兩點,以質(zhì)量點為中心點建立耳板剛性區(qū)域,再以耳板為中心點對各個支腿單獨耦合,保證其軸向自由度。

門架有限元模型中,主梁、門腿、端梁、上中下橫梁均采用SHELL181單元,材質(zhì)均為Q345B,彈性模量取值為206GPa,泊松比取值為0.3,密度取值為7850kg/m3。柔性支腿鉸接處的中心點采用質(zhì)量元MASS21。

2.3 計算荷載 門架有限元模型由10mm、12mm、14mm、16mm、20mm、22mm、24mm七種板厚組成,

2.4 計算結(jié)果 工況一下,門架主梁左側(cè)主要發(fā)生豎向變形,懸臂邊緣變形最大,如圖2所示,變形沿著懸臂邊緣到與門腿交接處逐漸變小。左側(cè)懸臂端最大豎向位移為35.38mm,方向數(shù)值向下,考慮左側(cè)主梁與支腿連接處豎向位移為7.45mm,方向豎直向下,因此左側(cè)懸臂端最大豎向位移為17.14mm。

工況一下,門架整體應(yīng)力分布如圖3所示,Von Mises應(yīng)力主要分布在18.92 MPa～56.75MPa之間。最大應(yīng)力發(fā)生在主梁與剛門腿連接處,出現(xiàn)少量應(yīng)力集中。

圖2 工況一門體Z向位移分布圖

圖3 工況一門架整體Von Mises應(yīng)力分布圖

工況二下,門架整體變形如圖4所示,變形發(fā)生在主梁跨中。豎向位移最大值為50.96 mm。

工況二下,門架整體應(yīng)力分布如圖5所示,Von Mises應(yīng)力主要分布在28.55 MPa～142.73 MPa之間。最大應(yīng)力發(fā)生在主梁跨中。

圖4 工況二門體Z向位移分布圖

圖5 工況二門架整體Von Mises應(yīng)力分布圖

2.5 結(jié)果分析

(1)剛度許用值。根據(jù)規(guī)范[1],對于帶有懸臂的門式啟閉機,小車在有效懸臂長度位置由額定荷載和小車自重引起的垂直靜撓度yc≦Lc/350=22.9mm,跨中引起的垂直靜撓度為yL≦L/700=68.6mm

(2)強度許用值。該工程的雙向門式啟閉機采用Q345B,其鋼材的容許應(yīng)力為[σ]=202.5 MPa

根據(jù)有限元的結(jié)果,可以看出,除結(jié)構(gòu)軌道受力處出現(xiàn)部分應(yīng)力集中,各工況結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力均小于Q345B鋼材的容許應(yīng)力為202.5MPa,結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的應(yīng)力和變形能夠滿足強度和剛度要求。

3 結(jié)論

(1)建立了大跨度門式啟閉機有限元模型,對其柔性支腿位置的支鉸約束做了合適的處理,避免了局部應(yīng)力過大與實際情況不一致的現(xiàn)象。

(2)計算結(jié)果為類似工程的設(shè)計與優(yōu)化提供了一定的理論依據(jù)。