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前言对龙门起重机结构进行分析计算的传统设计方法，不仅公式繁多，而且因为对力学模型进行了过多地简化，造成计算结果的不准确，使得在保证结构正常工作的前提下，整机重量较大，产品的性价比较低，市场竞争力较弱。
而有限元分析方法可在三维建模的基础上，真实地反映龙门起重机复杂的载荷情况，因此近年来在起重机设计中的应用越来越多。
1有限元分析（1）有限元模型龙门起重机由起升机构、小车运行机构和装卸桥组成。
装卸桥是起重机的重要组成部分，其安全可靠性直接决定着起重机的工作能力和工作质量，对起重机进行结构强度分析主要是对装卸桥进行分析。
装卸桥由刚性支腿、柔性支腿和主梁组成，这些结构件都是用钢板焊接而成的箱体，内部用钢板形成网格状骨架来增加桥的强度。
装卸桥零件主要是板形和梁形，故采用壳体和线来建模。
由于装卸桥零件比较多，如果采用过多的单元类型，划分网格时会因为不同单元之间的过渡引起单元畸形，影响分析的精度。
所以在有限元模型中，主要采用SHELL63单元和BEAM188单元。
装卸桥板型零件采用SHELL63单元。
SHELL63既具有弯曲能力，又具有膜力，可以承受平面内荷载和法向荷载，包含应力刚化和大变形能力，比较符合装卸桥板型零件的实际受载情况。
梁形零件采用BEAM188单元。
BEAM188单元是一个三维线性（2节点）有限应力梁，该单元适用于线性，大旋转和大应变非线性分析，包括应力强化，比较符合装卸桥梁型零件的实际受载情况。
忽略抓斗和小车的形状，把它们简化为质点，采用质量单元MASS21。
起重绳索采用LINK10单元，为了模拟重物提升过程中重物自重和重物动载荷的影响，重物采用质量单元MASS21。
装卸桥采用Q235，材料密度为7800kg/m 3，弹性模量为2×1011Pa ，泊松比μ＝0.3。
有限元模型的节点数17756，单元数21801，模型质量316t ，接近装卸桥实际质量320t 。
（2）载荷与边界条件装卸桥所受到的载荷主要有：①装卸桥额定载荷为10t ，取动力系数1.25。
建设机械技术与管理2001年11月号!"图#人字架的结构示意图$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$%%%%关键词门座起重机人字架有限元分析内容提要本文采用$%&’&有限元分析软件对门座起重机人字架进行了整体有限元计算，提出了具体的有限元分析模型，并对人字架强度，刚度作了全面分析。
图!人字架的有限元模型门座起重机人字架有限元分析武汉理工大学殷成凤#前言人字架是门座起重机的的主要构件之一，它与转台，转柱构成了门座起重机臂架系统和平衡系统的支承结构。
人字架的下部与转台相连接。
某门座起重机从投入使用到现在，服务年限已达#(年以上，为保证该起重机的安全使用，对其人字架结构进行强度，刚度分析，并找出结构的薄弱部位，及时发现缺陷是非常必要的。
$%&’&是一种技术成熟的有限元分析软件，它具有强大的前后置处理功能，通过采用交互式的操作可以进行结构分析、热分析、耦合场分析等多种物理场分析。
!人字架的基本结构形式该人字架的金属构件采用的是薄壁箱形结构，承受复杂的外部载荷。
整个结构共采用)*块形状，长度，宽度和厚度不一的金属薄板焊接而成。
所有板件的材料均采用+!,*钢。
,有限元模型,-#人字架的实体建模与网格划分在进行实体建模时。
人字架结构形式不适合体素方法（实体生成法）创建，因此直接采用由底向上（./00/1234）进行建模。
首先建立关键点（56’4/7%0&）8再生成线（97%6）及面（$:6;）-利用结构的对称性，在建立实体模型的一半以后，用对称（<6=>6?0）创建另一半实体模型。
由于人字架属于焊接构件，在建立板与板焊接的实体模型时，需大量采用布尔逻辑操作（@46:;06）。
基于有限元法的门座起重机结构强度分析_黄文翰质量技术监督研究ＱｕａｌｉｔｙａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈ２０１２年第３期（总第２１期）ＮＯ．３．２０１２ＧｅｎｅｒａｌＮｏ．２１基于有限元法的门座起重机结构强度分析黄文翰（福建省特种设备检验研究院，福建福州３５０００８）摘要：采用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对门座式起重机建立整体结构计算分析有限元模型，进行了两种危险工况下的应力计算，并通过将有限元计算结果与实测应力结果进行比较，验证了有限元计算结果的可靠性，为门座式起重机的强度分析提供了可行的有限元参考方法。
关键词：门座式起重机；有限元；强度分析随着贸易经济高速发展和港口货物吞吐量不断增长，门座起重机由于其良好的工作性能和通用性，成为港口装卸作业不可缺少的重要设备。
门座起重机的整体金属结构作为主要的承载部件，由于其露天、腐蚀性的工作环境以及较高的使用频率和工作强度，易产生疲劳裂纹、腐蚀等缺陷，影响结构强度和刚度等力学性能，并危及起重机使用安全。
因此，分析门座起重机的金属结构强度并为生产和维修提供依据，具有十分重要的意义。
传统的门座起重机结构分析多采用力学计算方法，由于其设计变量较多，受力复杂，因此计算量大且较多采用经验简化或估算，势必影响计算结果的准确性。
有限元分析方法具有建模方便快捷、计算结果准确的突出优点，日益成为起重机结构强度分析广泛使用的分析方法［１］。
１ＳＤＭＱ１２６０／６０Ｅ型门座起重机概况本文分析的ＳＤＭＱ１２６０／６０Ｅ门座起重机由某水工机械厂１９９０年制造安装，用于某电站建设施工，１９９８年起移至某造船厂用于造船用部件和材料的吊运。
该起重机自重约３７７ｔ（含压重５６ｔ），结构大体可分为上部旋转部分和下部运行部分（见图１），旋转部分包括臂架系统（由象鼻梁、吊臂、大拉杆、小拉杆、变幅拉杆等组成）、人字架、平衡重、转柱、转台等，通过起升、变幅、旋转运动实现在环形圆柱体空间升降物品；运行部分主要是由门架和运行台车组成［２］。
门座式起重机结构强度分析文章以某港口改造的门座式起重机金属结构为计算模型，按照《欧洲起重机机械设计规范》利用有限元分析软件ANSYS进行了强度计算，为整机的结构设计提供依据。
改造后的门座式起重机改变了部分结构，减轻了整机重量，降低了经济成本，适应了新的工作环境。
标签：门座式起重机；有限元计算；结构强度；载荷组合该门座起重机是专为修、造船配套的起重机设备。
文章以其为主要研究对象，利用ANSYS10.0对金属结构进行建模分析，完成了不同工况下的结构强度分析。
1 门座起重机的组成门座起重机的结构形式如圖1所示。
其主要由大车行走机构、门架、转盘、机器房、人字架、臂架系统等组成。
大车行走机构实现起重机的运行，转盘实现起重机臂架的回转，缠绕系统和臂架系统实现货物的升降，起重机的带载变幅等动作。
1-大车行走机构2-门架3-转盘4-机器房5-人字架6-缠绕系统7-臂架系统8-主钩9-副钩图1 门座起重机结构简图2 门座起重机的载荷种类2.1 固定载荷SG固定载荷即为起重机的自重载荷，包括金属结构、机械装置、电气设备以及配重等。
2.2 额定起升载荷SL额定起升载荷指总起升质量的重力。
2.3 惯性载荷。
由水平运动加速或减速引起的惯性载荷，可以用加速度值来进行计算。
SH=ac×（SG+SL）式中，ac-运动部分对应的加速度。
2.4 侧向载荷。
当两个车轮沿一根轨道偏斜行走时，应考虑垂直于轨道的水平力所形成的力偶。
SK=■？姿P中，？姿-侧压力系数，取决于跨距与基距之比；P-受侧向力作用侧的起重机走轮上的最大总轮压。
3 模型建立该起重机模型运用有限元软件ANSYS进行分析计算。
考虑到各部分结构形式和受力情况的不同，建模过程中采用了4种单元类型：梁单元Beam44、管单元Pipe16、杆单元Link8以及质量单元Mass21。
3.1 Beam44单元Beam44具有拉伸、压缩、扭转和弯曲功能的单轴单元。
该起重机的端梁、横梁、机器房底座和部分人字架采用的是箱型梁与工字梁结构，这些部件都采用的Beam44单元类型。
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。
设计计算DESIGN & CALCULATION基于Solidworks的门座起重机门架结构有限元分析孙永胜，李纲，吕明华（郑州新大方重工科技有限公司，河南郑州450064）［摘要］利用Solidworks软件建立门座起重机门架结构模型，导入有限元分析软件ANSYS Work-bench中进行各工况分析，充分考虑了代表门座起重机门架结构实际极限承载状况的多种载荷组合，得到了较为准确的应力及位移分布规律，还发现了应力集中部位所在，对刚度突变部位进行加筋设计，效果良好，为门座起重机门架结构的设计提供参考。
［关键词］门座起重机；门架结构；三维建模；有限元分析［中图分类号］TH213.4 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2015）01-0092-03Finite element analysis of frame structure of portal crane based on SolidworksSUN Yong-sheng，LI Gang，LV Ming-hua门座起重机典型的门架结构呈板凳状，由圆筒体、箱形结构的主梁和端梁组成。
圆筒体上部的筒体法兰与回转支承连接，承受整机旋转部分的自重和外载荷。
门架的端梁连接4套行走机构，在轨道上行走。
利用有限元分析方法建立门架的有限元模型，按实际载荷分布进行加载、求解，能够获得实际的承载状况。
文献［1-3］对用经典ANSYS分析门架结构的方法、加载方式等进行了研究，但建模复杂且作了一定的简化。
随着大型3D软件的普及，现代起重机多采用3D设计，将3D模型直接导入到有限元软件中进行结构分析是一种趋势。
1 计算模型根据门座起重机的受载特点，运用SolidWorks 软件建立实际模型，导入大型有限元分析软件AN-SYS Workbench中，选择3种工况对门架结构进行静力学分析，分析结构的应力分布及变形规律，对门架结构进行合理评价，提出相关建议。
基于有限元法的门座起重机结构强度分析报告本文基于有限元法对门座起重机结构进行强度分析，旨在评估结构的强度和稳定性，为更好地设计和维护门座起重机提供依据。
1. 强度分析方法有限元法是一种广泛应用于工程结构分析的数值方法，其基本思想是将结构离散化为有限数量的元件，将每个元件的力学特性用数学模型表达，通过计算这些元件之间的相互作用得到整个结构的力学行为。
本文采用有限元法对门座起重机结构进行强度分析，并通过有限元模拟软件进行计算和模拟。
2. 结构模型和分析参数门座起重机结构模型采用三维有限元模型，包括钢桥、起重机梁、斜帆杆、拉杆、塔柱和地基等部分。
在分析中，设置了风荷载、自重荷载、工作荷载等参数，以模拟门座起重机在不同状态下的受力情况。
3. 结果与分析通过有限元模拟软件对门座起重机进行强度分析后，得到了门座起重机结构的受力分布和应力云图等结果。
结果表明，在风速为20m/s时，门座起重机结构的最大应力位于钢桥部分的焊缝处，达到了207MPa；在工作荷载下，起重机梁的最大应力达到了180MPa。
综合分析得出，门座起重机结构在风荷载和工作荷载下受力较大，需要重点加强其钢桥、起重机梁和斜帆杆等部分的强度和稳定性。
4. 结论本文通过有限元法对门座起重机结构进行强度分析，得到了门座起重机结构的受力分布和应力云图等结果。
综合分析结果表明，在风荷载和工作荷载下，门座起重机结构的钢桥、起重机梁和斜帆杆等部分的应力较大，需要加强其强度和稳定性，以确保门座起重机的安全性和稳定性。
通过本次强度分析，可为门座起重机的设计和维护提供依据，并保障其运行和使用的安全性和可靠性。
相关数据是指与门座起重机结构强度分析有关的参数和结果数据。
针对门座起重机结构的强度分析，主要包括以下数据：1. 结构参数：包括门座起重机结构的几何参数，如钢桥、起重机梁、斜帆杆、拉杆、塔柱和地基等部分的尺寸、形状、材质等。
2. 荷载参数：包括门座起重机在运行和使用过程中所受的各种荷载，如风荷载、自重荷载、工作荷载等。
基于ANSYS的门座起重机门架结构优化设计苏文力【摘要】针对门座式起重机门架结构的特点,采用有限元分析软件ANSYS,建立MQ1625门座式起重机门架有限元模型,并对其结构进行有限元分析.在有限元结构分析的基础上,对其进行优化设计,得到了较满意的计算结果.门架的分析和优化结果为门座式起重机门架结构的设计和应用提供了有益的参考.【期刊名称】《湖北工业大学学报》【年(卷),期】2013(028)004【总页数】3页(P83-85)【关键词】门座起重机;门架;ANSYS;优化设计【作者】苏文力【作者单位】上海振华重工(集团)股份有限公司,上海200125【正文语种】中文【中图分类】TP203伴随着经济全球化趋势的不断加强，我国贸易总量不断提升，尤其是以港口为重要节点的国际进出口贸易繁荣发展．保证港口的正常高效运行，成为保证我国经济持续较快增长的前提[1]．某港口使用的MQ1625门座式起重机在使用过程中发现门架横梁和端梁连接处有裂纹，影响到该机的正常使用．笔者基于ANSYS有限元理论基础，对MQ1625门座起重机在臂架处于最大幅度起吊额定载荷工况下，对门架结构进行静力分析，通过对真实情况的模拟计算出门架的强度、刚度的分布，在此基础上，以减小门架横梁端梁连接处应力为目标进行结构优化．1 结构载荷计算通过对多种工况比较，得出的结论是：当门座起重机起吊额定载荷，旋转和变幅机构紧急制动，考虑工作状态最大风载荷，臂架处于最大幅度且平行于轨道方向时，门架横梁和端梁连接处处于最危险状况，MQ1625整机结构示意图见图1．为了方便分析及减少不必要的工作量，将作用于整机的外载荷折算到门架部分，仅选取门架部分进行分析(图2)．起重机最大幅度起吊额定载荷，经过折算，作用于门架圆筒中心的载荷为：Fx≈106 kN，Fy≈1 084 kN，Mx≈8 000 kN·m，My≈1 450 kN·m．图 1 MQ1625整机结构示意图图 2 MQ1625门架结构受力示意图2 门架结构有限元分析为了提高门架横梁的局部稳定性，横梁中设置有纵向加强肋和横向加强筋，纵向加强筋对横梁的强度刚度影响较小，建模时将其忽略．横向加强肋在实际焊接中多为非连续焊接，经多次建模计算比较，建模时仅设置大隔板即可．2.1 在前处理中建立有限元模型利用ANSYS的参数化建模技术建立门座起重机的有限元模型 [2]．单元类型选用板单元shell63，板厚通过定义单元实常数来设定．根据MQ1625门座式起重机设计图纸要求，门架材料为Q235钢，弹性模量Ex=2.06e11，泊松比μ=0.304，密度ρ=7 800 kg/m3．建模过程采用自下而上的方式，建立门架有限元模型并进行网格划分．完成后的有限元模型如图3所示．图 3 MQ1625门架有限元模型门架结构有限元模型是在不影响计算精度前提下的简化模型，模型的重量小于门架的实际重量，在施加载荷时需要对门架自身重量进行补偿．目前多采用以下补偿方法：质量补偿、密度补偿和重力加速度补偿．门架模型采用密度补偿法．2.2 在求解器中加载和求解[3]2.2.1 定义分析类型和施加约束分析类型为static，沿轨道方向端梁后两个支点施加除沿垂直轨道方向的转动约束外的其他约束，前两个支点施加除沿轨道移动方向的移动约束以及沿垂直轨道方向的转动约束外的其他约束．2.2.2 施加载荷载荷施加在横梁圆筒中间的节点上．采用MASS21单元划分关键点，然后将划分后的节点和圆筒上的节点耦合形成刚性平面，使得施加在节点上的力传递到门架上．2.2.3 施加重力载荷施加Y方向上的重力加速度9.8 m/s2．所有载荷加上后，执行求解运算．2.3 查看结果门架应力分布云图如图4所示．图 4 MQ1625门架应力应变分析从图4中可以看出，主梁的最大应力在横梁和端梁的连接位置，最大应力值为167.632 MPa．与实际过程中门架出现裂纹的位置一致．3 门架结构优化设计根据横梁和端梁连接处应力值较大的特点，依据材料力学原理、结构力学方法，结合ANSYS有限元分析软件和cad软件，对门架结构进行优化设计，在门架横梁和端梁的连接位置增加钢板来减少原设计中的应力集中现象．修改设计后的门架结构见图5．图 5 MQ1625门架优化设计根据修改后的门架系统建立新的门架结构．图 6 MQ1625门架优化设计有限元模型对优化后的门架进行ANSYS分析，加载求解，查看应力结果如图7．图 7 MQ1625门架优化设计分析结果对于门座起重机，根据《起重机设计规范》，应按第Ⅱ类载荷组合进行强度计算，即起重机正常工作条件下的最大载荷[4-6]．弹塑性材料许用应力为σ= σs/ns，其中σs为材料的屈服极限，ns为材料的安全系数(第二类载荷组合时取ns=1.4)．门架结构材料为Q235钢材，许用应力σ=167.857 M Pa．MQ1625门座起重机门架结构的最大合成应力为167.632 MPa，接近材料许用应力值，结构不安全．优化设计后的门架结构的最大合成应力为140.195 MPa，结构满足强度要求．从门架结构应力分布云图看出，优化设计后的门架结构应力变化平缓，各点没有产生显著的应力集中，故结构优化设计合理．4 结论本文通过对MQ1625门座起重机门架结构的分析，建立了由板单元shell63组成的有限元模型，得出了该结构形式的应力、变形的特征，并且进行了结构的优化设计，经过ANSYS分析得出，优化后的门架结构更加安全合理，为该类型结构的设计和改造提供了参考．[ 参考文献 ][1] 马霄. 利用ANSYS软件分析悬臂起重机金属结构的应力[J].起重运输机械，2004(5)：15-16.[2] 李淑华，李树森. 桥式起重机桥架结构的ANSYS有限元分析[J]. 林业机械与木工设备，2005,33(6):28-30.[3] 秦东晨，齐玉红.基于ANSYS的30t桥式起重机主梁结构优化设计[J].矿山机械，2011,29(5):46-49.[4] 计三有，苏运波，刘清.门座起重机臂架结构有限元分析[J].起重运输机械，2007(8):59-61.[5] 任会礼,李江波,高崇仁. 基于ANSYS的塔式起重机臂架有限元参数化建模与分析[J]. 起重运输机械，2006(9):11-13.[6] 郑玉巧,黄建龙,赵超凡. 基于ANSYS的龙门起重机主梁力学性能分析[J]. 矿山机械,2010(11):60-62.。
质量技术监督研究Ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ２０１２年第３期（总第２１期）ＮＯ．３．２０１２Ｇｅｎｅｒａｌ Ｎｏ．２１基于有限元法的门座起重机结构强度分析黄文翰（福建省特种设备检验研究院，福建 福州 ３５０００８）摘要：采用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对门座式起重机建立整体结构计算分析有限元模型，进行了两种危险工况下的应力计算，并通过将有限元计算结果与实测应力结果进行比较，验证了有限元计算结果的可靠性，为门座式起重机的强度分析提供了可行的有限元参考方法。
关键词：门座式起重机；有限元；强度分析随着贸易经济高速发展和港口货物吞吐量不断增长，门座起重机由于其良好的工作性能和通用性，成为港口装卸作业不可缺少的重要设备。
门座起重机的整体金属结构作为主要的承载部件，由于其露天、腐蚀性的工作环境以及较高的使用频率和工作强度，易产生疲劳裂纹、腐蚀等缺陷，影响结构强度和刚度等力学性能，并危及起重机使用安全。
因此，分析门座起重机的金属结构强度并为生产和维修提供依据，具有十分重要的意义。
传统的门座起重机结构分析多采用力学计算方法，由于其设计变量较多，受力复杂，因此计算量大且较多采用经验简化或估算，势必影响计算结果的准确性。
有限元分析方法具有建模方便快捷、计算结果准确的突出优点，日益成为起重机结构强度分析广泛使用的分析方法［１］。
１ ＳＤＭＱ１２６０／６０Ｅ型门座起重机概况本文分析的ＳＤＭＱ１２６０／６０Ｅ门座起重机由某水工机械厂１９９０年制造安装，用于某电站建设施工，１９９８年起移至某造船厂用于造船用部件和材料的吊运。
该起重机自重约３７７ｔ（含压重５６ｔ），结构大体可分为上部旋转部分和下部运行部分（见图１），旋转部分包括臂架系统（由象鼻梁、吊臂、大拉杆、小拉杆、变幅拉杆等组成）、人字架、平衡重、转柱、转台等，通过起升、变幅、旋转运动实现在环形圆柱体空间升降物品；运行部分主要是由门架和运行台车组成［２］。
其中转柱、门架和臂架系统是门座起重机最重要的承载构件。
图１ 门座式起重机结构简图收稿日期：２０１２－０５－０９基金项目：本文工作受国家质检总局科技计划项目（编号：２０１０ＱＫ０４８）资助作者简介：黄文翰，男，福建省特种设备检验研究院宁德分院副院长，工程师，检验师，硕士DOI:10.15902/ki.zljsjdyj.2012.03.012２ 有限元模型的建立２．１ 有限元网格根据ＳＤＭＱ１２６０／６０Ｅ型门座起重机的结构特点和受力特点，可把起重机的转柱结构、门架结构和起重臂一起简化成空间杆系结构，采用ＡＮＳＹＳ提供的空间梁单元ＢＥＡＭ１８８进行离散化，整个结构共划分了９，９２０个单元、１８，７１７个节点，主要梁单元的截面参数见表１所示。
图２给出了简化为杆系结构的起重机整体结构网格图，图３给出了转柱上部局部网格图，图４给出了转柱下部和门架局部网格图，图５给出了起重臂局部网格图。
表１ 部分梁单元截面参数图２ 起重机整体结构网格图图３ 转柱上部局部网格图图４ 转柱下部和门架局部网格图图５ 起重臂局部网格图２．２ 材料参数ＳＤＭＱ１２６０／６０Ｅ型门座起重机的型材选用Ｑ２３５普通钢，密度为７，８００ｋｇ／ｍ３，常温下屈服极限为２３５ＭＰａ，定义弹性模量为２．１×１０５ＭＰａ，泊松比取０．３。
２．３ 载荷工况选取起重机最不利的运行工况，分析起重机在相应工况额定最大荷载作用下的应力、应变分布规律，并作为结构静态应力测试布点的依据。
因此计算工况选取起重机处于最小变幅和最大变幅状态下两种计算工况：（１）最小变幅工况：吊钩最大荷载６０ｔ，计算弯矩为１，２６０ｔ・ｍ；（２）最大变幅工况：吊钩最大荷载３１ｔ，计算弯矩为１，２６０ｔ・ｍ。
２．４ 边界条件起重机门架结构的支座固定端全部采用刚性固定， 门架与平衡架相连的铰点采用固定端约束形式，即６个自由度全部约束。
臂架系统与人字架、平衡系统、转柱、转台等部件的各铰点均有不止一个轴承，且需考虑定位套筒的作用，因此在实际建模过程中将其处理为绕轴转动的节点，使臂架系统在ｏｘｙ平面内可以自由摆动。
转柱与门架、臂架与钢丝绳、齿条与拉杆之间可绕Ｚ轴相互转动，所以在ｏｘｙ平面上对线位移施加约束，Ｕｚ＝０［３］。
３ 计算结果与分析采用ＡＮＳＹＳ结构有限元分析程序对上面建立的转柱、门架和起重臂有限元模型进行强度分析。
表２给出了在起吊重量为６０ｔ时，转柱、门架各测点所在截面及测点的变形值和应力值，其截面号为图３和图４中的号码（下同）。
表３给出了起吊重量为６０ｔ时，起重臂各测点所在截面及测点的变形值和应力值，其截面号为图５中的号码（下同）。
表４给出了在起吊重量为３１ｔ且起重臂伸长至最大幅度时，转柱、门架各测点所在截面及测点的变形值和应力值。
表中ｘ表示水平纵向，ｙ表示铅垂方向。
表２ 起吊６０ｔ重量时起重机转柱、门架各截面变形值和应力值表３ 起吊６０ｔ重量时起重机起重臂各截面变形值和应力值表４ 起吊３１ｔ重量起重臂为最大伸长幅度时转柱、门架各截面变形值和应力值转柱的最大应力发生在驱动转柱的位置附近，起重臂处于起吊重量为６０ｔ位置时，空载时发生在６－６截面的前侧立柱测点，数值为６４．０９ＭＰａ，满载时发生在７－７截面的后侧立柱测点，数值为１１３．４４ＭＰａ；起重臂处于起吊重量为３１ｔ位置时，空载时仍发生在６－６截面的前侧立柱测点，数值为５５．４９ＭＰａ，满载时仍发生在７－７截面的后侧立柱测点，数值为１３０．５９ＭＰａ；起重臂处于水平位置且空载时，最大应力仍发生在６－６截面的前侧立柱测点，数值为５５．４９ＭＰａ。
最大值为１３０．５９ＭＰａ，小于转柱材料的许用应力。
由表２、表４可知，在起吊位置时，不管起重机是否工作，其转柱的最大变形位于转柱最上部，而ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ（屈服准则）等效应力最大出现在转柱６、７截面测点。
由表３可知，不管起重机是否工作，其起重臂上各截面挠度沿着ｘ轴逐渐增大，但各截面上的ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ等效应力变化不大。
４ 实测验证参考有限元分析计算结果，选定应力值较大的部件截面作为静态应力测试的布点位置，选取与有限元分析相同的载荷工况，对ＳＤＭＱ１２６０／６０Ｅ型门座起重机进行现场应力、应变测试。
测试采用ＢＸ１２０－５ＡＡ电阻应变片（敏感栅尺寸５×２）、ＴＳＴ３８２８动静态电阻应变仪的半桥接法，并采用４×０．３屏蔽电缆线、３０６Ｇ东方科卡数据采集仪、ＣＯＭＰＡＱ笔记本电脑、ＤＡＳＰ数据处理软件，测量布点位置的应力应变值初值和载荷工况下的应变值×１ｅ－６和应力值（ＭＰａ）。
测试结果如表５所示。
表５ 应力测试结果两种工况下的最大应力均出现在７－７截面后侧立柱位置，最小变幅工况实测压应力－１１０．２１ＭＰａ，叠加上自重应力－１１．１１ＭＰａ后的总应力为－１２１．３２ＭＰａ；最大变幅工况实测压应－１２５．２５ＭＰａ，叠加上自重应力－１２．７６ＭＰａ后的总应力为－１３８．０１ＭＰａ。
现场应力测试结果与有限元计算结果吻合较好。
Feasibility Analysis of Several New Sample Preparation T echniques in the Detection of Banned Azo DyesQIU Lijun(Fujian Fiber Inspection Bureau, Fuzhou 350026, Fujian, China ）Abstract: The monitoring of banned azo dyes has become one of the most important quality control projects in the international trade of textiles and clothing. It is also one of the basic quality indicators of ecological textiles. In this paper, the theory and characteristics of several new sample preparation techniques were introduced. Then the feasibility of these new sample preparation techniques in the detection of banned azo dyes was analyzed.Furthermore, dispersive liquid liquid microextraction (DLLME) was proposed as the sample preparation technique in the detection of banned azo dyes in textiles.Key Words: Banned azo dyes; Sample pre-treatment; Dispersive liquid liquid microextraction; Gas chromatography-mass spectrometry５ 结论通过ＡＮＳＹＳ建模对ＳＤＭＱ１２６０／６０Ｅ型门座起重机结构强度进行有限元分析，并与实际应力测试结果比较，可以得出以下结论：（１）通过比较有限元计算结果与现场应力实测结果，无论幅值位置还是大小均吻合较好。
因此，在合理考虑起重机结构使用情况和约束条件的前提下，有限元模型能够较真实地反映起重机实际结构应力状态，为起重机安全生产和维修提供分析依据［４］。
（２）该门座起重机工作时的最大载荷应力出现在驱动转柱后侧，其最大值小于材料的屈服极限。
起重臂整体相当于受压杆，由自重引起少量弯曲，且不管起重机是否工作，沿起重臂各截面的应力变化不大，最大应值小于材料的屈服极限。
有限元分析与现场测试结果均表明起重机在不利工况下的部件最大应力均小于材料的屈服极限，载荷卸除后应力值回至零位，说明载荷应力在弹性范围内无残余应力，起重机金属结构可以安全使用。
参考文献［１］王景波．四连杆式门座起重机钢结构计算系统研究［Ｊ］．大连理工大学硕士学位论文，２００９．［２］王金诺，于兰峰． 起重运输机金属结构［Ｍ］． 北京：中国铁道出版社，２００２．［３］张华民，李士林，张志斌，尹群，吴铭芳，嵇春艳．在役门座式起重机结构强度有限元分析方法［Ｊ］．机械研究与应用，２００９（５）．［４］李拔周，徐长生．基于ＡＮＳＹＳ的１００ｔ龙门起重机结构有限元分析［Ｊ］．起重运输机械，２００８（３）：１２ －１４．Structural Strength Analysis of Portal Crane Based on Finite Element MethodHUANG Wenhan(Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute, Fuzhou 350008, Fujian, China)Abstract: Through analyzing the finite element (FE) model of a portal crane with software ANSYS, the stress calulation of two dangerous conditions were obtained. By comparing the finite element results with the results of the measured stress, the reliability of the finite element results was inspected and verified. The comparing results showed that the FE method was reliable and efficient to assess the strength of the portal crane.Key Words: Portal crane; Finite element; Strength analysis上接（１５页）。
