门式启闭机门架结构有限元分析
Ｆｉ ｉｅ Ｅｌ ｍ ｅ ａ ｙ ｉ ｆＧａ ｅ Ｈ ｏ ｓ ｔ ｕ ｔ ｒ ｎ ｔ ｅ ｎｔＡｎ ｌ ｓｓ ｏ ｔ ｉ ｔＳ ｒ ｃ ｕ ｅ
ＦｕＪａ ｋ Ｘｕ Ｌｉｎ Ｌｉ ａ ｍｉ。 Ｈｕ ｎ ａ ｈ ｉ ｉｎ ｅ ａｇ ｏ ｎ Ｘｉ ａ ｇ Ｘｉｏ ｕ
门式 启 闭机是 门式起 重机 在水 电站 中的应 用 ， 属
于水 电站 的专 业 起 重 设 备 ， 广 泛 应 用 于水 电 站 闸 被 门、 拦污 栅等 的启 闭及 吊运 以及机 组设 备 和变 压器 设 备等 卸 车和 吊运作业 等 ． 的可靠 运行对 于保 障水 电 它
站安 全 运行至 关重 要 ， 门式启 闭机 的 门架结 构 是 门式 启 闭机 的主要 承重 结构 ， 其可 靠性 和合 理 性对 门式 启
第 ３ ４卷
第３ 期
三峡大学学报（ 自然 科 学 版 ）
Ｊｏ ｈ ｎ ｒ ｅＧｏｇ ｓＵｎｖ （ ｔ ｒｌ ｃｅ ｃ ｓ ｆＣ ｉａＴｈ ｅ ｒ ｅ ｉ． Ｎａｕ ａ ｉｎ ｅ ） Ｓ
Ｖｏ ． ４ ＮＯ ３ １３ ．
２１年 ６ ０２ 月
Ｊｎ２ ２ ｕ ． ０１
门式 启 闭 机 门 架 结 构 有 限 元 分 析
行 静 力特性 和模 态分 析 ， 强度 和静 态 刚性 两方 面 对 该 门式启 闭机 门架 结构 设 计 方案 进 行 评 价 ， 从 并根据 固有 频率 和振 型 ， 出 了该 门式启 闭机应 当避 免 的工作条 件建 议． 提
关 键 词 ：Ｉ 启 闭 机 ； 门 架 结 构 ； 有 限 元 法 ｆ式 － 中图分 类号 ： ＴＨ１ ３ ２ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ２９ ８ ２ １ ） ３０ ８ —４ １ ７ —４ Ｘ（ ０ ２ ０ —０ ３０
闭机 的安全 可靠 工 作 和 经 济 性 有 着 直 接 的影 响 ， 因
此， 门式 启 闭机 门架结 构 的设 计 一直备 受关 注． 图 １所示 门式启 闭机 是 为 某 大 型水 电站 设 计 的 用 于启 闭 闸 门 等 的 大 型 起 重 机 械 ， 主要 由 载 重 小 车 （ 车运 行机 构 和起升 机构 ） 门架结构 和 大车 运行 机 小 、
（ ．Ｃｏｌｇ ｆＭｅ ｈ ｎｃ ｌ＆ Ｍ ａｅ ｉｌＥｎ ｉｅ ｒ ｇ， ｈ ｎ ｒ ｅＧｏ ｇ ｓＵｎｖ １ ｌ ｅｏ ｃ ａ ｉａ ｅ ｔ ｒａ ｇ ｎ ｅ ｉ Ｃ ｉａ Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｉ．，Ｙｉｈ ｎ ４ ０ ２ Ｃｈｎ ；２ ｎ ｃ ａ ｇ４ ３ ０ ， ｉａ ．
好 等特 点 ， 门架结 构 的主 梁 、 梁 、 腿 、 梁 都 采用 端 支 横
收藕 日期 ： Ｏ ２ ０ — ３ ２ ｌ — ２ １
基金 项 目 ： 北 省 教 育 厅 自然 科 学 研 究计 划 重 点项 目 （０ ４３０ ）湖 北 省 重 点 实 验 室 开 放 基 金项 目（０ ０ Ｘ０ ） 湖 ２０１ ２ ； Ｏ ２ １ＫＪ ２
ｗｉｈ ｔ ｅ ｆｎ ｔ ｌｍ ｅ ｔａ ｌ ｉ ｏｆｗａ ｅ ＡＮＳＹＳ ａ ｃ ｒ ｎｇ ｔ ｈｅ ａ ｔ ａ ｔ ｕｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｗｏ ｋ ｎｇ ｃ ｄｉｉ ｎｓ ｏ ｔ ｈ ｉ ｉｅ ｅ ｅ ｎ ｎａｙｓｓ ｓ ｔ ｒ ｃ ｏ ｄｉ ｏ ｔ ｃ ｕ ｌｓ ｒ ｔ ｒ ｎ ｒ ｉ ｏｎ ｔｏ ｆ ｔ ａ ｅ ｈ ｓ ，ｅ ａ ｕａ ｉ ｈｅ ｄｅ ｉ ｎ ｐｒ ｐｏ ａ ｒ ｍ ｔ ｎ ｅ ｓ ｔ ｎ ｔｆｎｅ ｓ ｎ ｒ ｉ ｉ ｇ ｔ ｅ ａ ｉｅ ｏ ａ ｈｅ ｇ ｔ ｏｉｔ ｖ ｌ ｔｎｇ ｔ ｓ ｇ ｏ ｓ ｌｆｏ ｉｓ ｉ ｔ ｎ ｉｙ ａ ｄ ｓ ｉｆ ｓ ，ａ ｄ ｐ ｏｖ ｄ ｎ ｈ ｄｖ ｃ ｓｔ — ｖ ｉ ｏｍｅ ｗｏ ｋｉ ｇ ｃ ｎｄ ｔｏｎｓｂａ ｅ ｎ ｉｓ ｎ ｔ ｒ ｌｆ ｅ ｅ ｃ ｎｄ ｍｏｄ ｈ ｐ ｓ ｏｄ ｓ ｒ ｎ ｏ ｉｉ ｓ ｄ ｏ ｔ ａ ｕ ａ ｒ ｑｕ ｎ ｙ ａ ｅｓ ａ ｅ ． Ｋｅ ｗｏ ｄ ｇ ｎｔｙ ｈｏ ｓ ； ｇ ｔ ｉｔ ｓ ｒ ｔ ｒ ｆｎｉｅ ｅ ｅ ｎｔｍｅ ｈ ｙ ｒｓ ａ ｒ ｉ ｔ ａ ｅ ｈｏ ｓ ｔ ｕｃ ｕ ｅ； ｉ ｔ ｌ ｍｅ ｔ ｏｄ
பைடு நூலகம்１ 载重 小 车 ；． ． ２ 门架 ；． 车 运 行机 构 ３大
图 １ ｆ 式启 闭机 构造 图 － Ｉ
构 等部 分组 成 ， 中门架结 构 的构造 如 图 ２所示 ． 其 该 门架结 构 主要 由 主 梁 、 梁 、 腿 、 梁 等 构 端 支 横
成 ， 虑到箱 形 结构 具 有 结 构 紧凑 、 弯 和 抗 扭 性 能 考 抗
付 建科 徐 亮 李孝 民 黄 晓辉
（ ．三峡 大 学 机械 与材 料 学院 ，湖 北 宜 昌 １ ４ ３ ０ ；２ ４ ０ ２ ．中国葛洲 坝集 团 机 械船舶 有 限公 司 ，湖北 宜昌 ４３ ０ ） ４ ０ ７
摘要： 以某 大型 门式启 闭机 为对 象 ， 利用 大型 有 限元 分 析软 件 ＡＮＳ ， 实 际结 构 和 工 况对 其 进 ＹＳ 按
Ｇｅ ｈ ｕ ａＧｒ ｕ ａ ｈｎ ｒ ＆ Ｓ ｉ ． ｚ ｏ ｂ ｏ ｐ Ｍ ｃ ｉ ｅｙ ｈ ｐ Ｃｏ ，Ｌｔ ． ｏ ｉ ａ Ｙｉｈ ｎ ４ ０ ７， ｉａ ｄ ｆＣｈｎ ， ｃ ａ ｇ ４ ３ ０ Ｃｈ ｎ ）
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔａ ｉ ｇｔ ｅｇ ｔ ｏｓ ｓａ ｂ ｔ ｈ ｔ ｔ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｎ ｌ ｓｓａ ｄ ｍｏ ａ ｎ ｌｓｓａ ｅ ｍａ ｅ ｓｒｃ ｋ ｎ ｈ ａｅ ｈ ｉｔａ ｎ ｏ ｊｃ ，ｔ ｅ ｓａ ｉ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉｓａ ａｙ ｉ ｎ ｄ ｌａ ａｙ ｉ ｒ ｄ ｅ ｃ
2000t×87m门式起重机有限元分析
２１年 期（ 第１ 期 杌 巍 ０ 第３ 总 １ ）・ ２ ９ 院 与 应重 机 有 限 元 分 析 ０ ０ｘ ７
范 平， 李 晨， 张纯禹， 徐鹤霖 ， 王德保
２４ ７ ） １ １４ （ 无锡源清 高新技 术研 究所有限公司 工程仿 真与分析 实验室， 江苏 无锡
向刚度 ， 每 ５ 主梁 ｍ有 横 隔板 ， 主梁 总长 ９．５ 高度 ６３ｍ， 为 ９５ ．ｍ。为有 效评 估 、 优化 该起 重 机 的结构 ， 立 了 建 详 细 的三维 有限元模 型 ， 模型完 整考虑 了大梁 、 该 刚性 腿 内部 的箱梁结构 ， 因此除可对强 度 、 刚度 进行 可靠 的 评 估外 ， 对箱梁结构 的局部稳定性 进行 了计算 。 还
度为 ７５ ｇｍ ， ８０ｋ／ 弹性模量为 ２０ Ｐ ， １Ｇ ａ泊松 比０ ３ ．。 ２ ２ 载荷 和边界 条件 ． 由于篇幅有限 ， 仅以一典型工况做分析 ： 主小车
距 离柔腿 ２ ｍ， ５ 副小 车距离 主小 车 １ ｍ处 。如 图 ２ ０ 。
ｉ ，车 ｌｌ ｌ， 主小 车
度为 ８ ｍ， ７ 高度为 ８ ．ｍ。柔腿采用铰链 式连 接 ， ０５ 刚 腿 采用 固定 连接 ， 单侧 支腿 下面 采用双 轨道 。主梁 采 用 双梁 门结 构 ， 两根 主梁 截 面 为 箱 型 ， 具有 较 大 的横
Ａｂ ｔａ ｔ ｅａｌｄ ｔｒｅ ｄｍｅ ｓ ｎ ｌｆ ｉ ｌｍｅ ｔ ｄ ｌｉ ｃ ｎ ｔ ｃｅ ｎ ｈ ｔ ｎ ｔ ｈ ｔ ｎ ｓ ，ｔｅ ｓａ ｉｔ ｎ ｓｒ ｃ ：Ａ ｄ ｔｉ ｈｅ — ｉ ｎ ｉ ａ ｉ ｔ ｅｅ ｎ ｅ ｏ ｎｅ ｍｏ ｅ ｓ ｏ ｓｒ ｔｄ ａ ｄ ｔｅｓ ｅ ｇｈ，ｔｅｓｉ ｅｓ ｈ ｔｂｌｙ ａ ｄ ｕ ｒ ｆ ｉ
门式启闭机门架结构有限元分析及优化设计
门式启闭机门架结构有限元分析及优化设计随着国家经济快速的发展,工业生产规模的扩大和自动化程度的提高,起重机已经广泛用于现代化生产的各个领域。
在起重机的传统设计过程中,设计任务量大且繁琐,而且采用安全系数法往往设计出结构偏重、能耗高的产品。
科学技术的飞速发展促进许多跨学科的先进设计方法不断涌现。
与此同时现代社会资源环境的不断恶化,起重机产品势必向着智能化、多样化、节能经济的轻量化方向发展。
因此借助计算机技术和现代优化设计方法,设计出更低耗能、更加智能化、更加安全可靠的环境友好型起重机具有十分重要的意义。
本文以水利工程领域中某型门式启闭机为研究对象,基于参数化思想实现启闭机门架结构的参数化建模,并由此开展门架结构的轻量化研究。
具体研究内容如下：(1)利用有限元分析软件ANSYS中的参数化设计语言APDL实现门式启闭机门架金属结构的参数化建模。
通过门架结构的静力学分析可知,工况五(即静载试验)中门架结构所承受应力和应变最大,所处位置均位于主梁上翼缘板集中载荷作用处(即小车轮压附近),但都满足设计要求。
(2)结合遗传算法,以启闭机门架重量减轻为目标,结构尺寸参数为设计变量,许用应力和刚度为约束条件进行优化设计,优化后减重约30%,优化效果显著。
(3)考虑不确定性对产品质量性能的影响,采用蒙特卡罗模拟法对优化后的结构模型进行可靠性分析,得到优化后模型的可靠度以及各设计变量的灵敏性。
结果表明：优化后结构模型的可靠度为86.5%；功能函数对许用应力、主梁盖板厚度及腹板厚度的变化最敏感。
(4)在门架结构确定性优化及可靠性分析的基础上,引入6δ设计方法,结合蒙特卡罗模拟抽样和遗传算法,完成了门架结构的6δ稳健优化设计。
结果表明：稳健优化结果实现门架重量减轻约为21.6%。
较确定性优化结果,6δ稳健性优化后的模型重量有所增加,但减低了目标函数对主梁盖板厚度及腹板厚度等不确定因素的敏感性,其可靠度达到0.98。
(5)最后结合Visual Basic和ANSYS软件,成功开发了门式启闭机参数化设计分析软件。
门座起重机门架结构的有限元分析_傅永华
门座起重机门架结构的有限元分析武汉水利电力大学 傅永华门架结构是门座起重机的基础结构,设计时一般简化为杆系结构进行计算,即将其部件作为浅梁处理。
然而在实际工程中,许多圆筒门架的部件已不宜视为浅梁。
如某电厂的60t M 6022型门座起重机(图1),沿轴线方向计算高跨比:主梁为260/1050=1/4,下横梁为250/1050=1/4.2,均属于深图1 60t M 6022型门座起重机示意图梁范畴;圆筒与两侧立柱更甚,高跨比分别为320/490=1/1.54与250/320=1/1.28,显然作为刚架结构分析是有很大误差的。
当然,在具体设计中,可加大安全储备弥补这一缺陷,但难免带有盲目性。
而且作为一种复杂的薄壁箱形结构,不了解其应力场的具体分布情况,难以有效地优化结构。
本文以某电厂M6022型门座起重机(以下简称门机)为例,使用Super Sap93大型结构分析软件用板壳元建立力学模型计算,并在分析应力场分布特点的基础上,多次改变模型的局部结构反复计算,较合理地说明了这类结构的强度条件与加固措施。
1 模型建立1.1 单元划分圆筒门架结构是对称的,但门机工作时工况的变化不便于利用对称性,故采用四结点任意四边形板壳元建立整个结构的模型。
其中圆筒板厚18mm,主梁翼缘板厚18m m,腹板厚14mm,下横梁翼缘板厚16mm,腹板厚14mm 。
网格划分如图2所示,共1825个结点,1840个单元。
图2 圆筒门架结构网格节点图的升、降、存和取分别操作,而且是手离按钮即停止动作,有关检测和安全系统仍有效(门联锁除外),升降电机处于慢速状态。
3 安全系统垂直升降式立体停车库的安全系统是由车辆尺寸和重量检测系统、超速保护系统、升降传动机构失效保护系统、冲顶保护系统、沉底保护系统、联锁保护系统、消防系统和避雷装置等组成,其工作方式举例如下:(1)车辆尺寸和重量检测系统 当车超尺寸或超重y/超负荷0灯亮,否则/安全确认0灯亮y 车驶出y 关门y 结束。
门式启闭机门架的有限元分析
等特 点。为了能充 分的反映门架 实际结构 形式 ，本论文采用 构 ， 以在 ２个 门腿简化 的支点处采用 ３个方 向约束 的铰支 ， 所 平面单元 ｐａ ｅ２和梁 ｂａ ８ ｌ ８ ｎ ｅｍｌ９单元建立有 限元模型 ，单元 门腿 与中横粱 、下横梁连接 的另两 条门腿采用只有垂直方 向 少， 建模迅速 ， 计算效率高 。Ｂ ＡＭ１９是 以 Ｔｍｏｈ ｎ ｏ梁理 （ Ｅ ８ ｉ ｓｅｋ ｙ方 向） 约束 的铰支 。 论 为 基 础 的 ， 合 于 细长 梁或 适度 深梁 的 计 算分 析 ， 考 虑 了 ２２ 载荷 处理 和 工 况选 择 适 并 ． 剪切变形的影 响， 其使用及后处理 比传统的ｂ ａ ４ ｅｎ 单元来说， 更 启闭机常见 的载荷主要有起升载荷 、自重 、 惯性载荷 、 偏 加 直 观 方 便 ， 有广 泛 的 适 用 性 。 Ｐａ ｅ２是 二 维 ４节 点 单 元 斜 运 行 侧 向力 和 风 载 荷 等 。 具 ｌ ８ ｎ （ ｌ ｅ２ 的高 阶版 本。对于 四边 形和 三角形混合 网格 ， Ｖ Ｐａ ８ ） ｎ 它 （） １起升载荷： 闭机 的起升载荷常 以小车轮压 的方式作 启 有较 高的结果精度； 以适应不规则形状而较少损失精度 。 可
该启 闭机 门架 有 限元 模 型 共划 分 空 间梁 单元 ２ ５个 ， 点 ４ 节
用于主梁上 ， 因此， 起升载荷可按集 中力形式施加在有 限元模
中图分类号 ：Ｔ １ Ｈｌ
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１０ ．９ ３ ２ １ ） １－８ ・２ ０ ７３ ７ （ ０ ０ ０ ００ ３０
用有限元方法安全评估水库门式启闭机的金属结构
顶 门式启 闭机 的金属结 构进 行了模拟和计算分析 ，并根 据规 范对其 主梁 刚度 的要 求和在 役启 闭机 的强 度判别标
准 ．阐述 了如何 运用计算结果对 门式启 闭机金属结构 的刚度 和强度进行校核 。 关键词 ：有限元方法 ；门式启 闭机 ；金属结构 ；安全评估
Ａｂ ｈ ｓ ： Ｓｉｎ ｓ ｎ ｔ ｎ， ｒ ｅ ｄ ｘ ｓｔ ｖ ｌａｅ ｓ ｅ ｔ ｃｕ ｅ ｓｆｔ ｔ ｅ ｓａ ｄ￣ｒ ｓｈ ａ ｅｋ ｙ ｉ ｅ ｅ ｅ ａ ｔ ｔ ｌ ｒ ｔｒ ａ ｅ ｆ ｅ ｔ ｎ ｏ ｕ ｅ ｓｕ ｙ．Ｗｉ Ｄ ｆ ｉ ｌｍｅ ｔ ｏｔ ａ ｅＭ． ｔ ３ ｎ ｔ ｅｅ ｎ ｆ ｒ ＧＯＲ， ｈ ｉ ｅ ｓ ｗ
果 的准确性 。
３ ２ 约 束处理 ．
２ 概 况
某 水库 工程 由 １ 主坝 和 ３座 副坝组 成 ，在 坝 座
上设 ２个 放 水 底 孔 、９个 溢 洪 道 、 １ 输 水 洞 、２ 个
实反映金属结构 的受力状态 ，根据各构件的蚀余厚
度建立 了模 型 。
３ 计算模 型及参数
３ １ 单 元划 分 ．
根 据启 闭机 金属 结构 的结 构形 式 和受力 特点 并 结合 构 件 的形 状 ，将 主 梁 的加 强 此所建立的金属结 构有 限元计 算模 型 见 图 １ ，计 算模 型 的节 点 总数 为
维普资讯
用 有 限 元 方 法 安全 评 估 水 库 门式 启 闭机 的金 属 结 构
河 海 大学水 利水 电 工程 学院 １现港 － 郑圣义
摘 要 ：刚度 和强度是评 价金 属结 构安全性能的重要指标 。本文 利用三 维有限元软 件 ＡＧ０ Ｉ Ｒ，对 某水库 坝
７ ５ ，单元 总 数 为 ８２２个 。考虑 到整 个结 构在 ０个 ４ ８ 有 限元 网格 剖分 时各单 元 的衔 接 问题 ，建模 时使各 个 部件 在相 互连 接处 具有 相 同 的节 点 ，并且 尽 量使 板单元 长 宽 比接 近 于 １ ，最 大 不 超 过 ３ ，以保 证 结
2400t门式起重机有限元分析
!%" 上 下 翼 缘 板( 上 翼 缘 板 最 大 压 应 力 为 %-’$#%DP1’ 下 翼 缘 板 除 梁 与 柱 连 接 处 的 最 大 拉 应 力达 !!!$%/(DP1’ 均 小 于 许 用 应 力 !F-DP1’ 因 此翼缘板满足强度要求#
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根据 %起 重 机 设 计 规 范 &’ 梁 的 挠 度 6&7$ #""#该 起 重 机 应 满 足 6&F!""$#""d%/$%’@@’ 可见各工况下梁的刚度满足要求#
4@4 柱的强度 柱 主 肢 截 面 上 应 力 最 大 值 见 表 ’# 考 虑 到 双 门
系梁两端与!门架铰 接$ 柱 顶 部 3%6 方 向 共 G 根 缆风绳$其它约束条件与单门相同$
3@5 单元选择 建 立 有 限 元 模 型 时 用 了 T59^^(/ 壳 单 元 %
+91@%GG 梁 单 元 %0A6MG 杆 单 元 )!%" 采 用 壳 单 元离散横梁各腹板%翼缘板%隔板%加强肋及柱
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双门
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缆风绳安全系数" 应满足&
基于变尺度混沌一遗传算法的门式启闭机小车架结构有限元优化设计
目前对机械结构进行优化设计 ，其对象单一 、 算法 简单 ，而 对 门式 启 闭机 小 车 架进 行 结 构 优 化
设计 时包 含 大 量 参 数 ，仅 仅采 用 传统 优 化 设 计 方 法求 解 困难 ，无法得 到全 局最优 解 。
得 尤为 重 要 。虽 然 神经 网络 、遗 传 算 法 等 优 化 方
（ ） 构造 适应 度 函数 １
计 算机 为工 具 ，在 充 分考 虑 多种 设 计 约 束 的前 提 下 ，寻求 满 足 预 定 目标 的最 佳 设 计 。 对 机 械 结 构 进行 优化 设 计 ，其 目的 是 在 满 足 安 全 性 和 适 用 性
的基 础上 减轻结 构 的重量 ，以达 到 经 济 上 的最 优 。 优化设 计 的数学 模 型可表 达为
维有 限元 软件 对小 车 架进 行 结 构有 限元 优 化设 计 ，
避 免发 生 事故 ，提 高 设 计 合 理 性 和 经 济 效 益 就 显
Ｘ＝ ［１ ２ ３ ， ， ，… ，戈 ］ Ｈ （ — — 等式 约束条 件 ｉｘ） Ｇ（ —— 不 等式 约束 条件 Ｘ）
ｍｎ ｘ） ｉＦ （ ｘ∈Ｒ ＳｔＨ （ ．． Ｘ）＝ ｉ ， ， ， ０ ＝１２ … ｑ Ｇ （ ４０ ｉ Ｘ） ＝ｑ＋１２ … ， ，， Ｐ
一
Ｚ＝ ｌ ｆ Ｘ ）＝ｍｎ（ ｉ Ｘ） ，
＝
１， … ， ２， ｎ
Ｘ ∈［ ；ｂ］ ａ ， 式 中 置—— 代估 函数
（） ４
（） １ （） ２ （） ３
［ —— 待 定参 数 的取 值 范 围 ａ，ｂ］
— —
为待估 参数 的最优 值
《 起重运输机械》 ２ ０ （ ） ０ ８ ８
６ ～ ０
门式启闭机的有限元模态分析
高校 理科 研 究
门式 启 闭 相 髓 青 限 元檩 态 分 析
温焕 左 ， 张 飘１ ２ 虎’
ｆ １ 三峡 大 学机械 与材料 学院 ２ 国 葛洲坝 集 团机械 船舶 有 限公 司） 冲
［ 摘 要 】 据 门式启 闭机 组成及工作过程 分析 ， 出了启 闭机 金属结构 门架的动力学模型 ， 根 提 采用有限元 方法 ， ＡＮＳ 以 ＹＳ有限元分 析软件 为平台对动 力学模 型的 固有频率和振型进行求解 ， 出比较精确 的、 得 直观 的结果， 为起 重机 的动态响应分析 、 动稳 定性分析 振
１ ． 闭 机 门架 有 限 元 动 力 学 模 型 建 立 ２启 门机 的门架结构 由三个互相垂 直 、 各节点为 刚性 的主框架 、 侧框 架 和上平 台框架组成的空 间框架结构 。门架各分结构均 为箱形结构 类型 ， 箱形结构具有结构紧凑 、 间刚度 大 、 空 抗扭性能好 、 可实现 自动焊接 、 封
模 态分 析可以用来确定结构 的 自 振频率 和相应振型 ，为结构设计 提供依 据 ， 避免在动力载荷作用下发生共振 现象 ， 提高结构系统 的振 动 性能。因此 ， 态分析是结构动态分析 的一个重 要内容 ， 模 系统 动态性 能 的分析首要 的是结 构的模 态分析 ， 括结构的固有 频率和相应振 型。 包
一
研究结构的动力学 问题 ，很重 要的一部分是计算结构 的固有频率 和固有振型 。它是分析结构动力响应和其它动力学特性问题的基础 。 如果忽略阻尼 的影响 ， 则运动方程（） １ 简化为 ：
Ｍａ ）Ｋａ）Ｑ０ ０＋ （＝ （ １ （） ２
这是系统的 自由振动方程 ， 又称为动力特性方程。 任何弹性 体的 自由振 动都 可以分解 为一 系列 简谐振动 的叠加 ， 上 述方程有如下的简谐振动解 ：
例析水电站双向门式启闭机门架结构有限元
例析水电站双向门式启闭机门架结构有限元引言启闭机是专门应用于水利水电工程的一种特殊起重机，用于启闭和检修闸门等。
启闭机的设计必须满足技术先进、运行可靠、经济合理等要求。
有限元分析方法是广泛应用于结构分析计算的方法。
本文以某双向门式启闭机的门架金属结构为研究对象，通过大型通用有限元分析软件ANSYS进行分析，得到门架金属结构的变形及应力结果，并且分析研究了结构的振动特性。
1结构及参数门机主要由起重小车、门架和运行机构组成，装有起升机构的起重小车可沿门架顶部的轨道运行，起吊的闸门可沿小车轨道方向和竖直方向运行。
门架可沿大车轨道方向运动，其方向垂直于小车轨道。
门架主要由主梁、上横梁、中横梁、下横梁和门腿构成，所有梁均由板与板焊接而成，形成箱形梁结构，具有结构紧凑、空间刚度大、抗扭性能好等特点。
QM2x1000kN门式启闭机门机设计总高约24.57m，其中门架高13.8m。
门机跨度为17m，大车基距为9m。
小车自重800kN，小车起升荷载2x1000kN。
为考察不同工况条件下启闭机的受力和变形情况，采用三维有限元对整个结构进行详细分析。
2模型的简化启闭机门架结构的各个梁及门腿都是由板件拼接而成，板与板之间是组合焊接而成，在建立其有限元模型时，板与板、梁与梁之间的连接简化为刚性连接。
门架上的小车轨道、司机室、梯子栏杆等对结构的力学性能计算影响不大，故建模时只将其重量均布在门架上，而省略其模型。
3模型的建立根据门架的结构尺寸，在ANSYS中笛卡尔坐标系下建立其模型。
以门架主梁外侧腹板中心线最上方的点为原点，沿XOY平面建立主框架平面，沿YOZ平面建立侧框架平面。
建模时使用shell63单元，共有22589个节点，23337个单元。
构件的材料均采用Q345，其密度为7850kg/m，泊松比为0.3，弹性模量为2x10MPa，许用应力为220MPa。
建好的门架有限元模型如下图所示。
4 静力学分析4.1 工况及载荷该门式启闭机小车轨道铺设在门腿之间的主梁上方，跨中位置一般为最危险截面，故取以下 5 种工况进行静力学分析。
基于workbench门式起重机门架的建模及有限元分析
广西工学院毕业设计（论文）说明书课题名称基于Workbench的门式起重机门架的建模及有限元分析系别机械工程系专业机械设计制造及自动化班级机自Y084学号 ************姓名李志扬指导教师李冰李宝灵2012年 12 月 31 日摘要本文以有限元法作为结构分析手段，利用UG软件建立了水电站门式起重机关键部件——门架结构的三维模型，采用有限元分析系统ANSYS Workbench完成了门架结构的有限元分析，并展望了其结构的优化设计。
门式起重机是水电站最重要的设备之一，用来起吊大坝上的闸门和完成坝上的其他起吊任务。
文章首先通过对2X1600KN 门式起重机门架结构的特点和受力情况的分析，选择自动网格划分对门架结构进行网格划分，并应用ANSYS Workbench软件对起重机架进行了载荷分析，建立了门架结构的UG模型，采用ANSYS Workbench软件对门架进行了分析计算，得到了等效应力和位移云图，并对其优化设计提出设想。
本论文为大型门架结构的分析计算提供了一种精确可靠的方法，使其设计计算更加方便、快捷。
关键词：门式起重机，门架，有限元法，优化。
AbstractIn this thesis, the finite element method is used to be the method of the structure analysis. The 3D model of the gantry is constructed by UGS software, which is the critical component of the hydropower station gantry crane. The finite element analysis package ANSYS Workbench is applied to analyze the structural stress and deformation. Then prospect the structural scheme of the gantry`s optimize. Gantry is the most important hydropower station equipment,it is used to lifted the gate on the dam and the other hoisting task. Firstly, the structure feature and load condition of the 2x1600KN gantry crane are analyzed. Build the UG model of the gantry. Choose the automatic meshing to mesh the gantry is established. The ANSYS package is applied in the analysis and calculation of the gantry and the equivalent stresses and concentration of the structure gantry in working conditions. And the structure optimization is put forward.This thesis research supplies a precise and reliable method for the analysis and calculation of the large gantry structures. It makes the design and calculation process of the large structures to be more convenient and faster.Keywords: Gantry crane, Gantry, Finite element method, Optimization.目录1绪论 (6)1.1课题目的及意义 (6)1.2本文的主要研究内容 (6)1.3门式起重机的发展概况及其作用 (7)1.3.1门式起重机的发展概况 (7)1.3.2门式起重机的用途 (8)1.4起重机研究的国内外现状与进展 (8)2门式起重机的构造 (9)2.1设计依据 (9)2.1.1主要参数 (9)2.1.2技术规范及技术标准 (9)2.2用途 (10)2.3门式起重机组成与结构 (10)2.3.1起升小车 (11)2.3.2大车运行机构 (11)2.3.3司机室 (11)2.3.4夹轨器 (11)2.3.5门架 (12)2.4门架的受力分析与计算 (12)2.4.1载荷计算 (12)2.4.2载荷组合 (12)2.4.3门架上的载荷处理与计算 (13)3门架结构的UG建模 (15)3.1 UG概况 (15)3.2 UG的特点 (16)3.3 UG的主要功能 (16)3.4基于UG NX7.0的起重机门架零部件模型建模 (17)3.5门架的总装配模型 (17)4门架的有限元分析 (19)4.1 ANSYS简介 (19)4.2 ANSYS Workbench 12.0简介 (20)4.2.1 Workbench的产生背景 (20)4.2.2 Workbench的设计思想 (21)4.2.3 Workbench的特征 (21)4.3结构离散化 (22)4.3.2单元特性分析 (22)4.3.3单元组集 (22)4.3.4求解未知节点位移 (22)4.4单元类型的选择及网格划分 (23)4.4.1预处理模块 (23)4.4.2求解模块 (29)4.4.3后处理 (34)5计算结果分析 (36)6结论和展望 (40)6.1结论 (40)6.2展望 (40)致谢 (41)参考文献 (42)1绪论1.1课题目的及意义现代化水电站工程拥有大刑机械设备和高度自动化系统，以保证电站日常高效、安全运行，期中门式起重机是水电站最重要的设备之一。