简析吊具基于Femap试述&NX试述Nastran大型吊具金属结构分析学报

论文导读：
摘 要：以808吨吊具金属结构为分析对象，以Femap &NX Nastran为有限元分析平台，对其吊重过程中的强度、刚度和稳定性进行有限元计算，掌握吊具满载情况下的应力分布情况，以达到结构优化与提高产品质量，并提供设计参考。
关键词：808吨吊具金属结构 Femap &NX Nastran 有限元计算
1007-3973（2013）010-092-02
1 概述
在吊装工程中，经常使用吊具，桥梁施工中吊具设计尤为重要，而关于大型非标吊具设计缺乏相应的规范和参考资料。本文采用Femap &NX Nastran为有限元分析软件，对其吊重过程中的强度、刚度和稳定性进行有限元计算，掌握吊具满载情况下的应力分布情况，并提供设计参考。808吨吊具主要应用于某工程混凝土箱梁的吊装。吊具自重约45吨，最大吊重808吨。其金属结构主要由：钢丝绳、锚箱、连接桁架、拉板及下横梁等部件组成。
2 计算模型建立
采用有限元计算软件Femap &NX Nastran建立吊具整体计算模型，锚箱与上部定滑轮之间采用钢丝绳连接，钢丝绳采用ROD单元模拟；锚箱与下部拉板之间采用销轴连接，下部拉板与下横梁之间采用销轴连接，锚箱、拉板、下横梁和销轴均采用体单元模拟；锚箱与拉板之间销轴、拉板与下横梁之间销轴建立接触单元，摩擦系数取0.15；中部桁架及连接平联采用梁单元模拟；上锚座的销轴采用梁单元模拟；水平桁架与锚座之间的连接均采用RBE2模拟；由于吊具对称，两端的支撑位置对称，故建立1/2模型，计算模型如图1所示。
约束条件说明：在吊装时，上部定滑轮组固定，简支梁块两端落在下横梁上，整个吊具的中部建立节点的对称约束，下横梁上平面限制Z轴方向位移（假设下横梁与808t混凝土梁的接触面不存在滑动）。
模型中所加荷载：下横梁为体单元，划分网格之前，在下横梁上表面分割出受力区域，然后在下横梁分割表面添加404t载荷（不考虑动载系数）。
3 整体稳定性分析
在无风状态下，在重物梁与下横梁的接触区域添加404t载荷，一阶模态下的Eigenvalue 1 1.5454，屈曲固有值为4040000，对应的临界载荷系数为6243416，理论上，无风状态下，缓慢情况下起吊1248t载荷时，桁架发生失稳。在实际使用中，吊具的最大吊重为80t，小于一阶失稳载荷。图2为吊具对称模型的整体变形图。
桁架中部最大竖直位移为128.6mm，连接锚座处最大竖直位移43mm，中部相对两边下绕8

5.6mm，桁架总长约36000mm，桁架的刚度约为1/416。

4 主要部件应力分析

4.1 连接桁架强度计算

连接桁架由H型钢和角钢焊接而成，与锚座之间通过法兰连接，材质为Q235B；在实际受力中，由于上部钢丝绳之间存在夹角，连接桁架受垂直于主杆件方向的弯矩，上部主杆件受压，下部杆件受拉，桁架腹杆受由于主杆件变形引起的轴向力。经过计算分析，主梁平联在荷载组合作用时受力最不利。图3为桁架中部应力图。
桁架最大组合应力为-130Mpa（受压），小于容许应力159MPa，桁架强度满足要求。

4.2 锚箱、拉板和下横梁强度计算

假设起吊过程中，重物梁与下横梁之间没有滑动（在分析模型中，添加销轴与耳板孔之间的摩擦系数0.3）。
沉箱的底面位于下横梁上方，由于沉箱较长，两端支承在下横梁上，从整体上来看，可看作简支受力，分析时添加均布载荷在沉箱与下横梁上。
下横梁与拉杆之间通过销轴铰接，销轴与下横梁之间和销轴与拉杆之间均为接触单元；上部锚箱与拉板之间通过销轴铰接，由于实际当中拉板受平行于销轴方向的水平力，拉板的变形中存在平行于销轴方向的位移。
从分析结果来看，锚箱整体受力均为，在钢丝绳与锚箱连接处，桁架与锚箱的连接处，拉板与锚箱的连接处存在局部的应力集中；拉板的整理受力均为，拉板与锚箱的连接处和拉板与下横梁的连接处销孔存在应力集中；下横梁中部受力较大，向两边应力逐渐减少，在下横梁与拉板的连接处，存在局部挤压，有应力集中。图4为锚箱、下横梁及拉板的整体受力应力拉板和锚箱的整体应力均在230Mpa以内；拉板在混凝土梁长度方向上，中部相对于两端的相对位移约为5mm，建议让拉板在旋转90度后受力，使得拉板仅受拉力，避免不可控因素。
5 结论文导读：陈绍蕃.钢结构稳定设计指南.北京：中国建筑工业出版社，200

4.摘自：毕业论文

论
本文利用大型有限元分析软件Femap &NX Nastran对808t吊具在额定载荷下的金属结构进行有限元分析，得出该结构整体满足屈曲稳定性要求，并有较大安全裕度，连接桁架中部下绕过大。结构除销轴部位应力集中引起超应力外，其它部位值都低于其材料的许用应力。
参考文献：
起重机设计规范 GB/T3811-2008[S].
钢结构设计规范 GB50017-2003[S].
[3] 陈绍蕃.钢结构稳定设计指南[M].北京：中国建筑工业出版社，200

4.摘自：毕业论文的格式www.7ctime.com