基于ANSYS的定柱式旋臂起重机的有限元分析

起重机吊臂结构有限元【摘要】本文基于ANSYS软件对起重机吊臂结构有限元进行了阐述。

【关键词】起重机；吊臂；有限元一、前言随着我国起重机行业的不断壮大，起重机吊臂结构有限元的问题引起了人们的重视。

我国在此方面取得成绩的同时，也存在一些问题需要改进。

在科技不断发展的新时期，需要我们加强对起重机吊臂结构有限元的研究。

二、起重机吊臂结构有限元的概述吊臂在汽车起重机上是最重要的金属结构部件，也是主要受力构件，吊臂的结构设计直接决定着整个起重机的外观和性能。

吊臂结构设计的质量是起重机作业性能和安全的保证，因此在吊臂设计时对吊臂进行受力计算和结构分析计算是十分必要的。

纵观这几年的起重机吊臂的发展，从吊臂截面形式的变化，以及伸缩系统单缸插销装置伸缩形式的出现，都记录了起重机吊臂发展的历程．同时也是广大工程技术人员对吊臂不断改进创新的见证。

汽车起重机最主要的性能是用来起吊和转运货物的，因此汽车起重机的起重能力是汽车起重机的最主要性能，如何在保证吊臂不被破坏的基础上起吊更大的重量，那就要尽量优化吊臂结构，减轻吊臂的重量。

随着有限元分析技术的发展，这种技术也被应用在吊臂的结构设计上，像吊臂的结构强度分析，吊臂简体的稳定性分析等，有限元计算是一种仿真计算，这种计算的准确程度已得到了广泛的证明。

有限元分析方法的应用，不但准确，而且比传统的解析法计算有着更好的直观性，从而也为企业缩短了新产品的研发周期，增加了产品质量的可靠性，赢得了市场。

三、吊臂有限元模型的建立1、实体建模鉴于ANSYS软件实体造型的局限性和吊臂自身结构的复杂性，文中采用通用三维造型软件SolidWorks对吊臂进行实体建模，之后以Parasolid(x-t)格式将实体模型导人ANSYS进行有限元分析。

2、单元类型的选择基于软件对吊臂进行有限元分析的通常方法均是将吊臂结构视为线模型，后赋予梁单元属性进行强度和刚度等方面的有限元计算，但是梁单元是用线来代替三维实体结构，并不能反映结构几何上的细节，且伸缩式吊臂是由钢板焊接而成的箱型结构，应该选用二维板壳单元和三维实体单元混合分网，或全部选用三维实体单元划分网格。

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。

内容摘要城市化建设的飞速发展，城市的高层建筑群越来越多，对适合于此类建筑物施工的高空作业车设备需求量与日俱增。

作业臂是高空作业平台的重要承载部件之一，也是整机结构强度相对薄弱的部分，其力学性能对机械的正常运转有直接影响，为了保证工作人员高空作业时的人身安全，其作业臂有着严格的设计要求。

针对此问题，在对其结构进行详细分析的基础上，可以利用ANSYS软件与CAD软件的数据交换功能，将AutoCAD软件中建立的作业臂的三维几何模型导入ANSYS中, 选择solid92实体单元，利用ANSYS强大的网格划分功能，分析作业臂的结构和受载特点，建立有限元模型进行作业臂结构的强度和刚度分析，确定危险截面或危险点得应力分布及变形，找出结构设计中的不合理因素，对作业臂模型的截面尺寸形式进行了合理的优化设计，以达到节约材料，节省成本，并保证作业臂的安全系数。

关键词: 高空作业车作业臂有限元分析截面ANSYSAbstractWith the rapid development of urbanization, The urban architecture is to be more and more, which demand more and more the appropriate equipment for the construction of such buildings. Telescopic boom is one of an important bearing component in Aerial Work Platform, and also is relatively weak machine parts, whose mechanical properties has a direct impact on the normal operation of the machine. It is necessary and important to research the mechanical properties of the working arm in the design field of aerial working platform for ensuring the person safety in aerial working.In this situation, based on the detailed analysis of working arm structure, and then the 3D geometry model has been made in the platform of AutoCAD, the model was imported into the ANSYS. Making use of the solid element solid92 and powerful gridding partition ability of ANSYS and then using the function to analyze the structure of the working arm and the load characteristics of the operating arm. To establish the finite element model of the structure is to analyze strength and stiffness, which will determine the dangerous section or dangerous point and deformation to identify the unreasonable factors of the structural design. The overall performance will be improved. The plate thickness is optimized to reduce the material and the cost and to ensure the safety factor of the operating arm.Key words: Aerial working platform Working arm Finite analysis Section Ansys第1章绪论1．1课题的研究背景与意义工程机械广泛应用于经济建设的各部门，在整个经济发展中占有十分重要的地位。

2008年第27卷12月第12期机械科学与技术Mechanical Science and Technol ogy for Aer os pace Engineering Dece mber Vol .272008No .12收稿日期:2007207209作者简介:张向宇(1983-),硕士研究生,研究方向为加工模拟与硬质合金刀具,ily245@sina .com;熊计(联系人),教授,博士生导师,xji6789@sina .com张向宇基于Ansys 的立柱有限元分析与结构优化设计张向宇,熊　计,郝　锌,赖人铭(四川大学制造科学与工程学院,成都　610065)摘　要:分别利用Pr o /Engineer 和Ansys 软件对立柱进三维实体建模与模态分析,通过结构分析和优化设计,得到了立柱的模态分析结果。

选择立柱相对位移量及其低阶固有频率为研究对象,并设计对比了两种筋连板优化布局方法,确定了使用米字型筋连板立柱结构。

提高了立柱的低阶固有频率,避免了高速加工时共振的产生降低加工精度的现象,取得了提高加工精度,立柱的强度和刚度的效果。

为结构的合理设计与改造提供了可靠的理论依据。

关　键　词:Ansys;有限元;立柱;优化设计中图分类号:O242121 文献标识码:A 文章编号:100328728(2008)1221602204Fi n ite Ele ment Analyses and Structure Opti m al Desi gn ofthe Colu mn of a Hor i zont al Processi n g CenterZhang Xiangyu,Xi ong J i,Hao Xin,Lai Renm ing(School of Manufacture Science and Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065)Abstract:Pr o /Engineer and Ansys are selected as the design and analysis syste m.The 3D s olid model and the fi 2nite ele ment model are built .U sing Ansys s oft w are,the l ow order vibrati on modes are calculated .T wo methods of op ti m al design are compared .The l o w 2order inherent vibrati on frequencies and relative dis p lace ment of the colu mn are selected f or analyzing .The colu mn structure which includes app r op riate strengthening bars is selected .The l ow 2order inherent vibrati on frequencies are increased and the phenomenon of sy mpathetic vibrati on is avoided .Re 2markable effect of increasing its machining p recisi on and i m p r oving its strength and rigidity is achieved .The result has been p r oved in machining and can be used in structural op ti m izati on design of the colu mn .Key words:Ansys;finite ele ment;colu mn;op ti m al design 立柱是加工中心最关键的受力构件,它的强度、刚度好坏将直接影响到机床的精度和寿命[1]。

基于ANSYS的起重机若干结构部件的优化设计摘要在起重机设计领域,有限元分析法在机构优化方面得到了广泛的运用。

本文主要针对某些具体的部件实例,运用ansys实体模型法进行了分析,最后指出了ansys在结构优化方面的高效性与实用性。

关键词 ansys;结构优化;实体模型法中图分类号th21 文献标识码a 文章编号1674-6708(2010)21-0135-02ansys有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序,可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。

利用ansys 有限元软件包,工程技术人员可以建立零部件、产品以及结构等的三维模型,通过设计参数进行模拟计算,检验设计对象是否符合要求。

这样一来,ansys能够帮助设计人员有目的开发产品,减少材料浪费、制造成本和设计时间,提高了设计效率和新产品的质量。

1 ansys的实体建模一旦定义了材料特性,在分析中下一步是建立能够恰当反映模型几何性质的有限元模型。

模型建立方法:1)直接生成法;2)实体建模法:几何模型+网格划分。

建模原则:建立有限元模型时,对于结构形势复杂,而对于要分析的问题来讲又不是很关键的局部位置,在建立几何模型时可以根据情况对其进行简化,以便降低建模难度。

建模方法选择:1)直接生成方法必须直接确定每个结点的位置,以及每个单元的大小、形状和连接关系,工作量大。

直接生成法法适用于小型简单模型。

缺点是改变网格和模型十分困难,易出错。

当模型复杂时,直接生成法叫人无法忍受。

2)实体模型法是先生成几何模型,在进行网格划分,相对来说容易些,适用于庞大而复杂的模型,特别是三维实体模型,它比直接生成法更加有效和通用,是一般建模的首选方法。

其优点是便于几何上的改进和单元类型的改变,容易实现有限元模型的生成;缺点是在某些条件下ansys可能不能生成有限元网格。

3)实体建模中的几何模型的生成方法。

对于不太复杂的模型,可以直接ansys的实体建模工具完成[main menu]preprocessor/modeling,如果模型过于复杂,可以考虑在专用的cad中建立结婚模型,然后通过ansys提供的接口导入模型,导入方法:[utility menu] file/importansys支持的接口通常包括以下类型:iges、catia、pro/e、ug、sa等。

基于ANSYS的桥式起重机桥架结构有限元分析杨金堂;周诗洋;李公法【期刊名称】《武汉科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(034)003【摘要】以某200 t-20 m冶金桥式起重机为对象,应用有限元分析软件ANSYS 研究桥架的变形和应力分布状态,并与现场测试结果进行对比分析.结果表明,该起重机的最大挠度、静态Von Mises等效应力和第1阶固有频率均符合起重机设计规范要求.%Finite element analysis was carried out of the deformation and stress distribution of the bridge structure of a certain 200t, 20m metallurgical crane by means of ANSYS, a software. It is found that the maximum flexibility, static Von Mises equivalent stress, and natural vibration frequency of first step of the crane conform to design specifications. Meanwhile, ANSYS results are compared with those of field test, which provides a theoretical basis for evaluating the reliability of loading capacity.【总页数】4页(P219-222)【作者】杨金堂;周诗洋;李公法【作者单位】武汉科技大学机械自动化学院,湖北,武汉,430081;武汉科技大学机械自动化学院,湖北,武汉,430081;武汉科技大学机械自动化学院,湖北,武汉,430081【正文语种】中文【中图分类】TH218【相关文献】1.大吨位桥式起重机桥架结构参数化建模及有限元分析 [J], 郑铁军;温四梅;秦军2.桥式起重机桥架结构参数化建模与有限元分析 [J], 张耀军3.桥式起重机桥架结构的ANSYS有限元分析 [J], 李淑华;李树森4.基于ANSYS的桥式起重机桥架结构设计及优化 [J], 匡刘林; 黄伟莉; 范芳蕾; 郝世查; 吴吉涧5.基于ANSYS/FE-SAFE的桥式起重机桥架结构疲劳寿命分析 [J], 朱节宏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于 ANSYS Workbench 的塔机吊臂有限元分析
靳龙;李玉奇
【期刊名称】《桂林理工大学学报》
【年(卷),期】2015(000)002
【摘要】基于 ANSYS Workbench 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。

【总页数】5页(P408-412)
【作者】靳龙;李玉奇
【作者单位】广西科技大学机械工程学院，广西柳州 545006;广西科技大学机械工程学院，广西柳州 545006
【正文语种】中文
【中图分类】TH213.5
【相关文献】
1.基于Ansys Workbench的起重机吊臂结构全伸臂工况的有限元分析 [J], 李春风;董庆华;李少杰;郝清龙;王宇飞;曹硕
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春;谢文牧
3.基于ANSYS Workbench的汽车起重机吊臂截面优化设计 [J], 岳俊泽;周利东;崔庆佳
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- 1 -基于ansys 桥式起重机主梁的有限元分析1．引言起重运输设备主要从事搬运、转载、储存作业(TUL)的机械，桥式起重机是属起重运输机械之一，主梁是各式桥式起重机中最主要的部件之一，它承受着垂直方向的载荷（小车自重或起吊重物、主梁本身的自重和机械、电气设备的质量）和水平方向的载荷（当起重机或小车起动和制动时产生的惯性力）。

所以它应该有足够的垂直和水平方向的强度、刚度和稳定性，并有良好的抗疲劳性能和足够的疲劳强度。

主梁的高度根据起重量和跨度决定。

株洲天桥起重机股份有限公司首次开发和制造200t 的桥式起重机，对其主要承载结构件需进行严格的强度计算和刚度校核，下面采用先进的有限元理论计算方法和通用性大型ansys 有限软件对其主梁进行计算分析。

2．主梁的有限元模型的建立2.1 实体模型的建立考虑到此主梁结构异常复杂，零部件多，计算量很大，因此在建模过程中进行了一定的简化处理，略去和简化了一些对计算结果影响不大的零件，如：螺栓孔、倒角等。

将各零件的有限元模型建立起来，再加上边界约束条件，建立实体的有限元模型。

本文采用三维软件solidworks 建模，采用parasolid 文件实体导入ansys ，做前处理、分析计算和后处理等一系列工作，主梁的三维实体模型如图1所示，图2为主梁三维实体部分剖面图。

图1主梁三维实体模型图 图2主梁三维实体局部剖面图主梁的主要技术参数有，上下盖板为16mm ，主腹板为12mm ，副腹板为10mm ，中部梁高均为2200mm ，端部梁高1050mm ，主梁宽度为1800mm,总跨度为22m 。

2.2有限元模型的建立2.2.1 定义材料属性实体建模完成后，用ansys 有限元软件导入模型。

在计算时认为各焊接件本身无缺陷，焊接牢固，无虚焊、漏焊、松脱现象，焊接后残余应力较小，不足以影响分析结果。

静态分析的总体平衡方程[][]{}0=-P K δ定义为线性方程，因此分析类型选择线性，网格类型采用的是实体网格solid45，并采用自由网格进行离散化。

浅析起重机吊臂结构的有限元分析与优化摘要：以起重机吊臂为分析对象，采用CEＲO软件建模，以有限元分析软件ANSYSWorkbench为平台，在各种典型的工作条件下对起重机臂进行有限元分析，并利用ansys软件对基础臂的截面参数进行优化。

将目标函数设置为起重机臂的重量，并对其进行优化，以满足强度和刚度作为约束的要求。

计算最合理的结构以节约成本。

关键词：CEＲO 软件建模 ANSYS Workbench 有限元分析结构优化引言：随着我国起重机行业的不断壮大，起重机吊臂结构有限元的问题引起了人们的重视。

市场反馈的信息及客户需求，制定了 2013—2014 年度随车起重机吊臂结构优化设计指标及措施：1．吊臂采用HG70高强度结构钢，强度提高10%。

相比HG60钢重量降低6%。

2．吊臂最大工作幅度同比国内同型号产品增加8%，10 t机型基本臂达到4500 mm，工作范围增加 8%。

3．吊臂优化设计，筒体焊缝减少到道焊缝，焊缝长度降低到同类型号的1/4 ～ 1 /2（其他机型有的多达8条焊缝，对焊接要求很高），且大大减少焊后校正的工作量。

4．吊臂增加了滑块接触点与接触面积，提高了吊臂的可靠性。

采用4点支撑，加大滑块面积。

5．吊臂内置伸缩机构，设计上采用了具有部分带载伸缩的结构，整个吊臂整洁美观，保护伸缩机构效果好，内部采用全钢滑轮及重载轴承，且具有一定的带载伸缩能力。

吊臂的结构形式主要由吊臂本体结构：即各吊臂的截面形状，吊臂工作长度，加强结构，伸缩机构设计决定。

对吊臂本体结构和伸缩机构进行了优化设计。

1 吊臂本体结构设计吊臂大都采用以高强度钢板为主的箱形截面，国内起重机吊臂的截面形式主要有四边形、五边形、六边形、八边形等，而中小吨位的起重机吊臂截面形式以五边形居多。

国外的起重机发展时间较长，吊臂的截面形式主要是优化设计过的圆角化多边形、椭圆形、U 形等，如德国和意大利的起重机吊臂截面主要以椭圆形居多，而国内只有徐工的大型全路面起重机才使用这样的截面形式。

基于ANSYS软件的有限元分析作者：朱旭，霍龙，景延会，张扬来源：《科技创新与生产力》 2018年第7期摘要：ANSYS软件是大型通用有限元分析程序，操作简单方便，功能强大。

对ANSYS软件的发展历程和功能进行了说明，对基于ANSYS软件的有限元分析流程进行了详细介绍，并通过平面悬臂桁架结构实例详细介绍了ANSYS软件在有限元分析中的应用。

结果表明，ANSYS软件是有限元分析强有力的工具，能够完成各种工程问题的有限元数值模拟。

关键词：数值模拟方法；有限元分析；ANSYS软件中图分类号：TP391.7 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2018.07.097目前在工程领域中常用的数值模拟方法有有限单元法、边界元法、有限差分法等，其中以有限单元法的应用和影响最广。

有限单元法是一种连续结构离散化数值计算方法，通过对连续体划分单元，用单元和节点组成有限未知量的近似离散系统去逼近无限未知量的真实连续系统[1]。

有限单元法具有适应性强、计算精度高、计算格式规范统一等诸多优点，已经广泛应用到土木工程、机械工程、航空航天、核工程、海洋工程、生物医学等诸多领域中。

早在18世纪末，欧拉就用与现代有限元相似的方法求解了轴力杆的平衡问题。

随着计算机技术的快速发展，有限元数值模拟技术日益成熟。

ANSYS软件是美国ANSYS公司出品的集结构、流体、电场、磁场、声场等多领域分析于一体的大型通用有限元分析软件，能与多数计算机辅助设计软件（如Pro/Engineer，CATIA，AutoCAD等）接口，实现数据的共享和交换[2]。

基于ANSYS软件的有限元分析，将有限元分析和计算机图形学结合在一起，不仅能够为各种工程问题提供可靠的有限元分析结果，而且可以显示构件的变形图和应力云图等可视化结果，还可以观察到试验中无法观察到的发生在结构内部的一些物理现象，例如弹体在不均匀介质侵彻过程中的受力与偏转等。

ANSYS有限元分析实例1.悬臂梁的结构分析悬臂梁是一种常见的结构，其呈直线形式，一端固定于支撑点，另一端自由悬挂。

在这个分析中，我们将使用ANSYS来确定悬臂梁的最大弯曲应力和挠度。

首先，我们需要创建悬臂梁的几何模型，并给出其材料属性和加载条件。

然后，在ANSYS中创建有限元模型，并进行网格划分。

接下来，进行力学分析，求解材料在给定加载下的应力和位移。

最后，通过对结果的后处理，得出最大弯曲应力和挠度。

2.螺旋桨的流体力学分析螺旋桨是一种能够产生推力的旋转装置，广泛应用于船舶、飞机等交通工具中。

螺旋桨的流体力学分析可以帮助我们确定其叶片的受力情况和推力性能。

在这个分析中，我们需要建立螺旋桨的几何模型，并给出流体的流速和压力条件。

然后，我们在ANSYS中创建螺旋桨的有限元模型，并进行网格划分。

通过求解流体场方程，计算叶片上的压力分布和受力情况。

最后，通过对结果的后处理，得出叶片的受力情况和推力性能。

3.散热片的热传导分析散热片是一种用于散热的装置，广泛应用于电子设备、电脑等领域。

散热片的热传导分析可以帮助我们确定散热片在给定热源条件下的温度分布和散热性能。

在这个分析中，我们需要建立散热片的几何模型，并给出材料的热导率和热源条件。

然后，我们在ANSYS中创建散热片的有限元模型，并进行网格划分。

通过求解热传导方程，计算散热片上各点的温度分布。

最后，通过对结果的后处理，得出散热片的温度分布和散热性能。

以上是三个ANSYS有限元分析的实例，分别涉及结构分析、流体力学分析和热传导分析。

通过这些实例，我们可以充分展示ANSYS在不同领域的应用，并帮助工程师和科研人员解决工程问题，提高设计效率和产品性能。