基于ANSYS Workbench的塔机吊臂有限元分析
基于ANSYS的塔式起重机结构有限元分析计算
结 构 的计算 模型 既 要控 制 规 模 、 又 要 能 保 证计 算 结果 的精度 ， 使分 析计算 在 有限 的条件 下更 快 、 更 好地 完成 ， 为此在 建立 该 型塔 机 的 有 限元 模 型 时 做 了一 些 简化 处 理 ： ① 将 司机室 等 对 分 析计 算 结 果 影 响较 小 的 结构 采 取忽 略处理 ； ②把 吊重 和 吊钩 、 变幅小 车 的质量 并 看作 起升 载荷 。 １ ． ３ 建立计 算模 型 本 塔式起 重 机 所 用 材料 的 弹性 模 量 为 ２ ｌ Ｏ Ｇ Ｐ ａ 、 泊松 比为 ０ ． ３ 、 密 度为 ７ ８ ０ ０ ｋ ｇ ／ ｍ。 。采 用 编 制 ＡＮ — Ｓ ＹＳ命令 流的方 式 建 立 了 如 图 １所 示 的 塔 式 起 重 机 有 限元计 算模 型 ， 其 节点 数 为 ３ ５ ７ 、 单元 数 为 ５ ３ ７ 。 ２ 边界 条件 的处理 ２ ． １ 载 荷 本 次 设计 塔机所 受载 荷 只考 虑起 升载 荷 与 自重 载
图 ２ 塔 式 起 重 机 应 力 云 图
３ ． ２ 强 度 校 核
为使塔 式起重 机 安 全工 作 ， 其 构 件应 满 足 强 度 条 件：
≤［ ］ 。 、 其中 ： 为相 当应力 ． ［ ］ 为材料 的许用 应力 。 （ 下 转第 ６ ２页 ）
收 稿 日期 ：２ ０ ｔ ３ — ０ ３ — ２ １ ；修 网 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ４ — １ ５
１ ． １ 单 元 类 型 的 选 择
荷， 此 处通 过集 中 力 方式 施 加 起 升 载 荷 ， 而 由材 料 密 度、 重力 加速 度与 质量单元 施加 自重 载荷 。
２ ． ２ 约 束
ANSYS分析塔式起重机吊臂步骤
ANSYS分析塔式起重机吊臂步骤塔式起重机吊臂是一种常见的起重机构。
它通常用于吊装重物，并且能够通过伸缩吊臂的长度来适应不同的工作条件。
利用ANSYS软件进行塔式起重机吊臂的分析可以帮助工程师了解吊臂结构的强度和刚度，并优化设计以满足设计要求。
下面是使用ANSYS软件进行塔式起重机吊臂分析的一般步骤：1.几何建模：首先，需要使用CAD软件或者ANSYS自带的几何建模工具创建塔式起重机吊臂的几何模型。
这个几何模型应该包括所有的主要结构组件，例如吊臂、支撑杆、立柱等。
2.材料定义和加载：在进行分析之前，需要对所使用的材料进行定义。
材料定义应包括材料的弹性模量、泊松比和密度等。
另外，还需要定义适当的加载条件，例如自重载荷、外部工况荷载等。
3.网格划分：对几何模型进行网格划分是进行分析的关键步骤。
足够准确的网格划分可以提供更精确的分析结果。
在划分网格之前，需要根据倾斜角度和吊臂的形状来确定合适的划分方式。
4.约束和边界条件：对于塔式起重机吊臂的分析，通常需要施加一些边界条件和约束。
例如，可以将塔座固定在地面上，使其不能发生任何位移。
此外，还可以施加其他约束条件来模拟实际工作条件。
5.应力分析：完成了网格划分和约束设置后，可以进行应力分析。
应力分析可以帮助工程师了解吊臂在不同工况下的应力分布情况。
可以通过绘制应力云图和边界应力图来可视化这些结果。
6.判断强度：针对应力分析的结果，可以对吊臂的强度进行评估。
可以检查吊臂是否满足强度设计要求，例如是否超过了材料的屈服强度或破坏强度。
7.刚度分析：除了强度外，刚度也是塔式起重机吊臂设计中的重要考虑因素。
可以通过刚度分析来评估吊臂在工作状态下的形变情况。
如果形变过大，可能会影响到起重机的操作性能。
8.优化设计：根据应力和刚度分析的结果，可以对塔式起重机吊臂的设计进行优化。
例如，可以增加材料厚度、增加支撑杆数量或改变结构形式等。
优化设计可以提高吊臂的强度和刚度，在满足设计要求的前提下减少结构重量。
基于ANSYS+Workbench的起重机箱型悬臂梁优化设计
５００
５…
２形变、应力对腹板垂直长度的响应
由表１可以看出，通过拓扑优化和参数优化，在满足 最大变形量和最大许用应力的条件下，使得箱型悬臂梁的 总体质量共降低２７．９％，大大提高了材料的利用率。■
万方数据
基于ANSYS Workbench的起重机箱型悬臂梁优化设计
万方数据
－Ｉ
Ａｃａｄｅｍｉｃ
Ｆｏｒｕｍ学术论坛
对比，发现形变量与应力值远小于许用值，因此，可对 该悬臂梁进行拓扑优化，在满足设计要求的条件下，减 １．建立悬臂梁的有限元模型 首先，通过三维建模软件Ｓｏｈｄ Ｗｏｒｋｓ对应接口将箱 型悬臂梁模型导入有限元分析软件ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ 中，采用Ｓｏｌｉｄｌ８７单元类型来建立有限元模型，定义箱 型悬臂梁的材料属性为结构钢，弹性模量（杨氏模量）
造设计空间的响应面云图或响应曲线。本文以悬臂梁的
最大变形和最大应力为目标参数，以箱型悬臂梁支架尺 寸为设计变量进行优化，得到箱型悬臂梁支架的最优设
计尺寸。
四虽叠蛋ｊ玉至要圈
以某型号定柱式悬臂起重机箱型悬臂梁为研究对象， 通过三维建模软件Ｓｏｌｉｄ Ｗｏｒｋｓ建立箱型悬臂梁的等比例
１工字钢；２悬臂梁支架；３回转马达固定架；４回转支撑架 图１箱型悬臂梁三维模型
为２×１０５ ＭＰａ，泊松比０．３，密度７ ２３５ＭＰａ。
８５０
轻结构白重。设置重量减小２０％为优化条件，对箱型悬 臂梁进行形状拓扑优化，将箱型悬臂梁应力以及形变量 较小的部分剔除，其优化结果如图４。
ｋｇ／ｍ屈服强度
其次，对悬臂梁进行网格划分。Ａｎｓｙｓ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ提供 了多种不同的网格划分方法以适用几何体不同的部位。本文 采用自动划分法（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ），通过尺寸控制对敏感的区域 进行细化。划分后得悬臂梁有限元模型共有Ｎｏｄｅｓ
塔机平衡臂有限元分析报告_ansys课程设计
3、综合运用学过的力学知识和有限元理论，设计起重臂的结构及主肢和腹杆的参数，构造
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实用标准文案
起重臂的有限元模型， 选择合适的单元， 施加合适的载荷和边界条件， 对结构进行静力分 析，提取结果，进行强度和刚度校核，撰写实验报告并总结。
四、实验步骤：
（一）问题分析
设计起重臂的结构及主肢和腹杆的参数，构造起重臂的有限元模型，选择合适的单元， 施加合适的载荷和边界条件，对结构进行静力分析，提取结果，进行强度和刚度校核。
Active CS。在弹出的对话框中输入 1（ 0,0,0, ） 2（ 1.5,0,0 ） 3（1.5,0,1.5 ） 4（ 0,0,1.5 ）
5（ 0.75,1.5,0.75 ）。然后拾取 creat-lines-straightlines
，依次连接两点，创建直线。
（ 2）复制拾取菜单 Main Menu-Preprocessor-copy-lines 话框中个数输 2，距离 1.5 ，点击 OK.
严禁抄袭和投机取巧。同时， 按以
1、按照国家标淮和设计规范进行设计：塔式起重机设计规范
GB/T 13752-92 ；起重机设计
规范 GB/T3811-2008 ；钢结构设计规范 GB50017-2003 ；塔式起重机安全规程 GB5144-2006 。
2、进行塔式起重机起重臂的设计， 额定起重力矩为 630 kN m、800 kN m、1000 kN m、1250 kN m 分别进行最大幅度为 40m、 45m、 50m、55m、 60m的起重臂的设计、计算。
击 OK。
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(4) 定 义 界 面 与 属 性 。 取 菜 单 Main Menu-Preprocessor-sections-beam-common sections 。依次定义 1 圆钢 25*50 ， 2 方钢 100*100*12 ， 3 角钢 50*50*4. 。菜单 Main Menu-Preprocessor-mesh-mesh attributes-pick line 。在弹出的对话框中依次选中上悬杆 圆钢 2，下悬杆方钢 1，斜杆与底杆圆钢 3。点击 OK
塔机平衡臂有限元分析ansys课程设计
塔机平衡臂的动力学分析
塔机平衡臂的有限元模型建立 动力学方程的建立与求解 模态分析结果及解释 动力学分析在塔机设计中的应用与展望
塔机平衡臂有限元分析结果的 后处理
有限元分析结果的可视化
可视化内容：包括应力、应 变、位移等结果的可视化
可视化方法：采用ANSYS的 图形界面进行后处理，生成 云图、等值线图等
塔机平衡臂的模态分析结果：通过模态分析可以得到塔机平衡臂的固有频率和模态 振型，这些结果可用于优化塔机平衡臂的结构设计，提高其稳定性和安全性。
塔机平衡臂模态分析的意义：模态分析对于塔机平衡臂的结构设计具有重要意义，通过优 化塔机平衡臂的结构设计，可以提高其工作性能和安全性，减少振动和共振等不利影响。
塔机平衡臂有限元分析ANSYS 课程设计
汇报人：
单击输入目录标题 塔机平衡臂有限元分析概述 塔机平衡臂模型的建立 塔机平衡臂的有限元分析 塔机平衡臂有限元分析结果的后处理 ANSYS软件操作实践
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塔机平衡臂有限元分析概述
有限元分析的基本概念
有限元分析是一 种数值分析方法， 通过将连续的物 理系统离散化为 有限个小的单元， 建立数学模型并 求解得到系统的
根据分析结果，优化塔机平衡臂的 材料选择和材料属性，以提高其承 载能力和耐久性。
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根据分析结果，优化塔机平衡臂的 尺寸和形状，以减小应力集中和疲 劳损伤。
根据分析结果，优化塔机平衡臂的 连接方式和连接强度，以确保其整 体稳定性和可靠性。
ANSYS软件操作实践
ANSYS软件的基本操作
标。
塔机平衡臂的有限元分析意义
提高塔机设计的可靠性和安全 性
优化塔机结构，降低制造成本
基于ANSYS的塔式起重机臂架有限元参数化建模与分析
1
参数化
在进行系列产品设计 中, 由于其 结构形式 相
同, 而结构尺寸不同 , 如果逐个进行建模分析, 需 要花费大量的人力 和物力资源 , 造成设计周 期延 长。将参数化的思想引进到有限元的分析过程中 , 可以减少系列产品有限元分析的工作量 , 缩短设计 周期 , 提高设计效率。 参数化的概念涵盖很广, 通常指的是参数化的 造型 , 它是一种重要的几何参数快速构造和修改几 何模型的造型方法。参数化设计是实现设计自动化 的主要手段之一。参数化建模用于基本结构形状相 同但具体模型形状有较小变动的系列产品的设计。 根据如何得到参数值 , 可以将常见的参数化方法分 起重运输机械 2006 ( 9)
为如下几种 : 代数法、人工智能法、直接操作法和 语言描叙法。本文中有限元参数化模型的建立采用 的就是 ANSYS 的 APDL 语言描述法。
2
臂架结构参数化建模分析算例
采用交互式建立塔机的有限元模型, 建模的工
作量将十分巨大, 而且当臂架结构发生变化时 , 需 要重新建立模型。如果把结构模型都以参数化技术 进行有限元建模, 当需要新产品结构设计时, 只需 要输入必要的、合理的参数值, 即可自动建模。考 虑到塔机结构主要以型钢焊接结构为主, 结构具有 相似性, 为进行参数化建模分析提供了必要条件。 可以采用 VB、VC 等程序设计语言编制程序 , 用户 只要输入建立塔机结构所需的一些必要参数, 就可 以输出 ANSYS 参数化建模分析所需的参数化文件, 自动建立塔机有限元分析模型, 这样就可以减小模 型建立需要 的时间, 提 高工作效 率。利用 ANSYS 进行结构参数化建模与分析的基本流程见图 1。 2 1 臂架结构相关参数确定 塔机臂架形式多种多样 , 这里以最常见的正三 角形截面双吊点吊臂为例进行说明。要构建臂架的 有限元参数化模型 , 首先要确定与臂架相关的结构 参数, 主要包括以下数据: ( 1) 基本数据: 包括起 重量、小车轮距、臂架段数、臂架根部到回转中心 距离、小车及吊钩质量等。 ( 2) 臂架的基本数据: 包括臂架高 度、宽度、臂架 段数、每段长 度、节 11
基于ANSYS的塔式起重机塔身的静力学分析
基于ANSYS的塔式起重机塔身的静力学分析摘要：本文基于ANSYS软件，结合塔式起重机的结构特点和工作情况，对起重机塔身进行静力学分析。
针对塔式起重机塔身进行了应力和变形仿真计算分析，包括对塔身进行网格划分、施加载荷、固定约束和求解分析等。
结果表明，塔式起重机塔身结构符合要求。
关键词：ANSYS；塔式起重机；有限元分析；应力0引言随着国家现代化建设进程不断加快，对塔式起重运输机械的需求量也越来越大。
塔式起重机在多数情况下都是满载重载工作，各结构都承受较大的应力，因此对起重机在工作过程中的安全性能有很高的要求。
目前，对塔式起重机的安全性研究就是要在保证其施工效率的基础上最大程度地降低其发生安全事故的可能性，对塔式起重机的安全性分析主要可考虑以下两个方面塔式起重机自身的设计和操作人员的操作技术。
其中对起重机自身的设计有严格的要求。
随着科学技术和计算机技术的快速发展，使得ANSYS等仿真分析软件在机械领域广泛运用。
采用有限元分析的方法对塔式起重机进行仿真分析，可为实现产品轻量化提供参考。
本文以塔式起重机塔身为研究对象，运用ANSYS软件对塔式起重机塔身进行应力和变形仿真计算分析，通过ANSYS软件实现网格划分、施加载荷、固定约束和求解分析等过程，得到了塔式起重机塔身结构的应力应变图，最后分析塔身结构是否符合要求。
1建立有限元模型1.1有限元模型该模型运用SolidWorks建模软件建立，在建模过程中，将根据QTZ63塔式起重机塔身的实际结构特点，对其有限元模型做适当的简化，如忽略焊缝对塔机的影响，轴销连接均按固定连接对待等。
把建立的模型导入到ANSYS Workbench 中。
有限元模型如图1所示。
塔机塔身材料为Q235，其材料物理性能参数如表1所示。
表1 材料物理性能参数材料密度弹性模量泊松比Q 2357.8520.25图1 塔机塔身有限元模型1.2网格划分进入Mesh划分网格，选择所有实体，然后在Element Size中输入网格尺寸为500mm。
基于Ansys的折臂式塔式起重机臂架参数化建模和分析
ANALYSIS RESEARCH
基于 Ansys 的折臂式塔式起重机 臂架参数化建模和分析
刘文举 徐格宁 陶彦飞
太原科技大学机械工程学院
太原
030024
摘
要：针对目前部分折臂式塔式起重机臂架结构轻量化的问题，基于 APDL 语言，以折臂式塔式起重机臂架结
构为分析对象，囊括参数化建模部分和优化设计部分，针对满载小车位于臂架端部最危险位置时的工况进行有限 元计算模拟，旨在满足桁架强度、刚度、稳定性的基础上，利用 Ansys 的优化功能减轻桁架质量。经过分析，优 化结果较原设计方案臂架质量减轻了 14.89%，优化效果良好，大大提高了设计的质量和效率，为折臂式塔式起重 机臂架金属结构或类似结构轻量化设计提供了参考。 Abstract: To make boom structure of some goose-neck jib tower crane lighter, the paper with boom structure of gooseneck jib tower crane as the research object including the parameterization modeling part and optimization design part proceeds with finite element simulation when fully loaded trolley is in the most dangerous position of boom end on the basis of APDL language so as to lighten truss through optimization function of Ansys on the premise of ensuring truss strength, stiffness and stability. Analysis shows that the optimized boom is 14.89% less heavy than originally designed with satisfactory optimization effect. Optimization substantially improves design quality and efficiency, which can be very useful for lightweight design of metal structure or similar structure of the boom of goose-neck jib tower crane. 关键词：折臂式塔式起重机；臂架；参数化；优化；分析 Keywords: goose-neck jib tower crane; boom; parameterization; optimization; analysis 中图分类号：TH213.3 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2017）11-0124-04
基于ANSYS WORKBENCH的六自由度机械臂有限元分析及结构优化
１ 六 自由度机械臂有 限元分析
１ ． １ 有限元模型的建立
臂构 件 较 多且 等 效 简化 后造 型 简单 ， 因此 可 以选 用Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ， 网格 大 小 为 ２ ０ ， 自动 网格 划 分 ，如 图１ 所 示 ，节 点数 量 为４ ７ ４ ４ ２ ，单 元数 为２ ２ ８ １ ２ 。后
下 点 ：
行 的可 靠 性 ，需 要 对 其 进 行 机 械 结 构 分 析 。近 年
来 对 机 械 结 构 的 分 析 已 经 从 结 构 静 力 学 延 伸 到 了
动 力 特 性 领 域 ，特 别 是 对 振 动 分 析 的 模 态 仿 真 已
１ ）简 化 各种 连 接 ，将 齿轮 啮 合 简化 为 轴 和孔
姜振 廷 ，郑忠 才 ，董 旭
Ｊ ｌ ＡＮＧ Ｚｈ ｅ ｎ ． ｔ ｉ ｎ ｇ，ＺＨＥＮＧ Ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ． ｃ ａ ｉ ， ＤＯ ＮＧ Ｘｕ
（ 山东建筑大学 ，济南 ２ ５ ０ １ ０ １ ）
摘 要 ： 六 自由度机械臂作为机器人的 主要执 行机构 ，其机械性能决定 了工作的可靠性 。论文针对机械 臂的整体结 构进行 静力学特性和 振动特 性研究 ，基于Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ＷＯ Ｒ Ｋ Ｂ Ｅ Ｎ Ｃ Ｈ 的有 限元分析功 能 ，得到 了静 力学仿真和 模态仿 真的结果 ，并对 结果进行 了分析 ，在此基础 上对机械 臂进行 了减重优化 ，通过模态分析 ，验证 了优 化结果的可靠性。 关键 词 ：机械臂 ；有限元 ；Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ＷＯ Ｒ Ｋ Ｂ Ｅ Ｎ Ｃ Ｈ
限 元分 析 。
软 件 中完 成 材 料 属性 的加 载 ，接 触 面 的 约 束 ， 网
格 的 划 分 。 其 中 机 械 臂 连 接 部 分 及 夹 持 手 材 料 为 不 锈钢 ， 弹性 模 量 ｌ ９ ３ Ｇ Ｐ ａ ，泊 松 比０ ． ３ １ ， 密度 ７ ７ ５ ０ ｋ ｇ ／ ｍ。 ，其 他 部 分 等效 为硬 铝 合 金 ，弹 性模 量 ７ １ ＧＰ ａ ，泊松 比０ ． ３ ３ ，密度 ２ ７ ７ ０ ｋ ｇ ／ ｍ 。接 触面 选用 Ｂｏ ｎ ｄ ｅ ｄ 和Ｎ ｏ Ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ 两种 面约 束 定义 ， 由于 机械
基于ANSYS的挖掘机动臂吊具的有限元分析
基于ANSYS的挖掘机动臂吊具的有限元分析摘要：动臂的平衡吊具受力较复杂，且不规则，而简化成杆或者梁的模型计算其理论强度和实际工况误差较大，文章利用有限元通用软件ANSYS采用多载荷步的方法校核其强度。
关键词：动臂；吊具；有限元分析；ANSYS；多载荷步ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro／Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。
文章利用ANSYS 10.0对工程机械挖掘机的部件动臂的起吊吊具做了有限元分析，以便保证吊具的强度和可靠性。
1建立proe模型建立的proe模型如图1所示。
图中绿色的实体即起吊吊具，最上面的圆孔处用卸扣和吊链连接，此处省略。
将该吊具从PROE中导出成IGS格式的ANSYS可识别的通用实体文件。
IGES （Initial Graphics Exchange Specification）是一种被广泛接受的中间标准格式，用来在不同的CAD和CAE系统之间交换几何模型。
对于输入IGES文件，ANSYS 提供两种选项：①SMOOTH选项。
没有自动生成体的能力，模型输入后需要一些手工的修复，而且，它不支持增强的拓扑和几何修改工具，所以用户必须用标准的PREP7机和工具来修改模型。
②FACETED选项。
采用增强的数据库，自动合并和生成体，如遇到问题，会提醒用户并激活一组增强的拓扑和机和工具来修复模型，大多数应采用该选项，对大型复杂的几何模型，建议采用SMOOTH选项。
文章采用第二种格式导入，在Import IGES File对话框中选Defeature model 选项导入后如2图所示。
此处全局坐标用标准的笛卡尔坐标系，坐标系在PROE中导出IGES格式时候设置在最上面的孔处，导入时在ANSYS中默认此坐标系。
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基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ ＳＷｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ的塔机吊臂有限元分析
［ ５ ］
和文献 ［ ６ ］ ，笔者基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ ＳＷｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ对国内
收稿日期：２ ０ １ ４－ １ ０－ １ ８ 基金项目：广西自然科学基金项目 （ ２ ０ １ ４ Ｇ Ｘ Ｎ Ｓ Ｆ Ａ Ａ １ １ ８ ３ ３ ７ ） ；广西高校科学技术研究项目 （ Ｙ Ｂ ２ ０ １ ４ ２ ０ ０ ） 作者简介：靳 龙 （ １ ９ ６ ４ —） ，男，硕士，副教授，专业：机械优化设计、机构学，ｊ ｉ ｎ ｌ ｏ ｎ ｇ ｇ ｘ ｌ ｚ ＠１ ６ ３ ｃ ｏ ｍ 。 引文格式：靳龙，李玉奇．基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ ＳＷｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ 的塔机吊臂有限元分析［ Ｊ ］ ．桂林理工大学学报， ２ ０ １ ５ ， ３ ５ （ ２ ） ： ４ ０ ８－ ４ １ ２ ．
塔式起重机作为现代工程施工中的关键起重 设备在工程建设领域起着非常重要的作用。在工 程施工过程中，对塔机的安全性、可靠性的要求
１ ］ 也越来越严格，因而受到设计者的关注：张俊 ［
某一平头塔机吊臂进行有限元分析，以期为塔机的 开发设计以及施工安全提供参考。
１ 建立有限元模型
图 １所示为一平头塔机的吊臂，其截面为倒 三角结构，由 ６个起重臂节组成，其中起重臂节 １ 截面最 大，长 度 为 １ ２ｍ ，主 弦 杆 中 心 线 高 度 为 ，上主弦杆为 Φ ３ ２ ５× １ ４ ，上主弦杆与下主弦 × ２ ２ 杆之间的腹杆为 Φ １ ３ ３×１ ０ ；起重臂 节 ２为 变 截 面，以此来连接起重臂节 １和 ３ ，长度为 １ ２ｍ ，其 ３ ２ ５×１ ８ ，上 主 弦 杆 为 Φ ３ ２ ５×１ ２ ， 下主 弦 杆 为 Φ 上主弦杆与下主弦杆之间的腹杆为 Φ １ ３ ３× ８ ；起 ２ｍ ，其下主弦杆为 Φ ２ ７ ３×１ ６ ， 中心线宽度为 ２ ２ ７ ３× １ ２ ，上主弦杆与下主弦杆之间 上主弦杆为 Φ １ ３ ３× ６ ；起重臂节 ４的长度为 ９ｍ ，截 的腹杆为 Φ 面与起重臂节 ３一致，其下主弦杆为 Φ ２ １ ９× １ ２ ， ２ １ ９× ８ ，上主弦杆与下主弦杆之间 下主弦杆为 Φ １ ０ ８× ５ ；起重臂节 ５为变截面，以此来 的腹杆为 Φ
靳 龙，李玉奇
（ 广西科技大学 机械工程学院，广西 柳州 ５ ４ ５ ０ ０ ６ ）
摘 要：基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ ＳＷｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ 模块对某塔式起重机吊臂建立有限元模型，通过静态和线性屈曲分析塔机 吊臂在近端重载和远端轻载的极限荷载不同工况下的应力变形以及稳定性的状况。结果表明：吊臂起重臂 节上下主弦杆之间的腹杆强度有所冗余，可适当调节腹杆的壁厚以使材料得到更充分的利用，受压主弦杆 可选用更大直径的管子或用焊接工字钢代替，吊臂刚度和稳定性良好，可为塔机设计和工程施工以及进一 步结构优化提供理论依据。 关键词：吊臂；塔式起重机；Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ；线性屈曲；应力变形；稳定性 中图分类号：Ｔ Ｈ ２ １ ３ ５ 文献标志码：Ａ
第２ 期 靳 龙等：基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ ＳＷｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ 的塔机吊臂有限元分析
４ ０ ９
连接起重臂节 ４和 ６ ，长度为 ９ｍ ，其下主弦杆为 ２ １ ９× １ ２ ，上主弦杆为 Φ ２ １ ９× ８ ，上主弦杆与下 Φ 主弦杆之间的腹杆为 Φ １ ０ ８× ５ ；起重臂节 ６长度 ，主弦杆中心线高度为 ２ ５ｍ ，中心线宽度 为 ６ｍ 为１ ８ｍ ，其下主弦杆为 Φ １ ３ ３× １ ０ ，下主弦杆为 １ ３ ３× ８ ，上主弦杆与下主弦杆之间的腹杆为 Φ ７ ６ Φ ；所有起重臂节的上 主 弦 杆 之 间 的 腹 杆 均 为 × ６ ７ ６× ６ 。各起重臂节之间通过销轴连接。 Φ 作为平头塔吊，没有塔帽和拉杆，吊臂根部 的两根受拉上主弦杆通过 销 轴 与 回 转 塔 身 相 连， 受压下主弦杆通过螺栓固定在回转塔身上，故在 吊臂起升平面可看作固支座。其边界条件以及受 、４所示。 力分别如图 ３
第３ ５卷 第 ２期 ２ ０ １ ５年 ５月
桂 林 理 工 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｇ ｕ ｉ ｌ ｉ ｎＵ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖ ｏ ｌ ３ ５Ｎ ｏ ２ Ｍ ａ ｙ ２ ０ １ ５
利用 Ａ ｌ ｇ ｏ ｒ Ｆ ｅ ａ ｓ 软件对塔机结构进行了动态分析； １ １ 主要几何参数
２ ］ 陆念力等 ［ 利用 Ｓ Ａ Ｐ ８ ４对塔机结构动态分析的梁
杆系统模型和简化模型作了比较；李海虹等
［ ３ ］
对
塔机钢丝绳拉索起重臂作了动态分析。作为塔机 定性直接决定了整个塔机的工作可靠性以及安全 性。因此，对于吊臂的研究与分析也就显得尤为 重要。塔机吊臂通常为桁架结构，桁架是由杆件组 成的、能够承受横向弯曲的格子型构件，在外力荷 载的作用下，杆件主要承受轴向拉力或压力，通常 桁架的杆件分为弦杆和腹杆两类，杆件的交汇连接 点称为节点，节点的区间称为节间
［ ４ ］ຫໍສະໝຸດ 的重要组成部分，塔机吊臂的强度、刚度以及稳 ３ ４ｍ ，中心线宽度为 ２ ５ｍ ，其下主弦杆为 Φ ３ ２ ５
，主弦杆中心线高度为 ３ １ｍ ， 由三角形单元组合成整体结构，是几何不变系统。 重臂节 ３长度为 ９ｍ 。桁架是金属
结构中一种主要结构形式，与梁相比，其优点为重 量轻、省材料，制造时变形容易 控 制。依 据 现 行 Ｇ Ｂ ／ Ｔ１ ３ ７ ５ ２ —１ ９ ９ ２ ） 《 塔式起重机设计规范》 （