Midas Nastran FX - 工程机械案例NA
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分析类型 线性静力分析（焊接接触）
边界/载荷条件 冲击载荷 自重及负荷
执行偏置后，网格的实际位置与几何模 型一致，确保分析的正确性。
提取外表面 分析结果
网格划分及 中性面偏置
位移值 （最大值14.45mm）
最大VON MISES值 （最大值158.75MPa）
接触位置
挖掘机（1）
分析模型
分析背景 重视和加速挖掘机改进创新，稳定提高产 品质量，满足用户需求，对提高企业利润 有重要意义。在挖掘机设计中反铲装置结 构设计的合理性将直接影响到挖掘机的工 作性能和可靠性。
分析目的 计算车架刚度、强度和模态
分析类型 线性接触静力分析 模态分析
使用焊接接触条件的位置
线性静力分析多工况定义
线性静力各工况位移
线性静力各工况应力 前二阶模态
传输设备分析
长0.26秒的 冲击载荷
整体位移 (最大值: 1.257 m)
分析目的 验算传输设备对冲击载荷的反应能力及稳定性
分析类型和条件 直接瞬态响应 时间依存的水平和垂直节点载荷 采用结构阻尼 1D 杆单元和集中质量
分析目的 计算左右非对称荷载引起的变形以及螺栓连接位置的安全性 (强度)
分析类型 线性静力分析 对称模型和非对称边界条件
接触条件 滑动接触
图 4 天车结构及负载示意图
结构的滑动变形 螺栓连接位置的应力验算
天车主梁
项目背景
很多国产的桥式起重机的结构尺寸较国外同吨位的产品大很多，
除了材料上的差别外，其结构也存大较大的差异。因此出现用
结果分析 混凝土泵车变形和应力 履带式钻机变形和应力 模态振型
2阶振型 2阶振型
ห้องสมุดไป่ตู้
1阶振型
模
态
结
3阶振型
果
4阶振型
运动过程
接触应力
端部节点（142780）位移变化
根部节点（6567）旋转角度变化
吊车葫芦
损伤度 疲劳寿命 起重机主梁疲劳分析
联系我们
010-51659908/021-51697500/020-83808347 &
分析目的 验算工作时各连接部件的变形和应力
分析类型 线性静力分析
位移云图以及各位置变形图
挖掘机（2）
挖斗装载工作物料 斗料重心定义 （质量载荷）
销钉连接
分析部件间的应力云图
行业背景 1. 挖掘机是工程机械的主要机种之一，广泛用于建筑、矿
山、水电、桥梁、铁路、公路、港口、码头等国民经济 各部门。 2. 许多国内外厂家已经意识到常规设计方法的局限性，并 利用先进的有限元方法对装载机零部件乃至整机进行详 细的分析计算并取得了良好的经济效益。 3. NFX特有自动接触功能使挖掘机等工程机械的分析时间 由以前的数周变为1-2天，使分析驱动设计成为现实。
货箱在顶端时的动力分析结果(位移)
货箱在不同位置时的分析结果 (逐渐减速时的位移/变形)
浮式起重机
分析目的 验算臂架的变形、应力和动力响应。
分析类型 线性静力分析 线性和非线性屈曲分析 频率响应分析
边界/载荷条件 考虑钢丝绳激励、风载、货物载荷等。
钢丝绳 (绳索)
分析模型
头部 (管截面梁)
分析目的 校核整机的强度和刚度 校核自重、起升载荷、回转（制动）惯性载荷以及风载下的 强度和刚度。
分析类型 线性静力分析
塔机（2）
ZY平 面内剪 应力剖 断面图
整体模型
支撑位置的复杂 应力状态
关键零部件 的应力
分析目的 静荷载和动荷载引起的位移验算
分析类型 框架模型 货箱在不同位置时的分析 - 线性静力分析 - 振型分析 - 瞬态响应分析(振型叠加法)
应用案例-工程机械
北京迈达斯技术有限公司
Copyright ⓒ since 1989 MIDAS Information Technology Co., Ltd. All rights reserved.
桁架式起重机
CAD 模型
项目背景 桁架式起重机因其结构复杂存在常规计算方法难以准确计算， 设计过于安全等问题。利用先进的有限元计算工具对起重机 整体结构进行全方位的分析是解决上述设计问题的可靠、有 效的方法之一。
分析目的 计算整体和局部结构的刚度和强度 支腿和主梁的稳定性计算和优化设计
分析类型 线性静力分析 整体分析桁架模型 考虑动力载荷作用
整体变形 主梁变形
整体单元应力
支 撑 腿 变 形
港口起重机
2D CAD模型(操作范围)
项目背景
港口起重机的臂架结构是设计计算的难点，类比设计方法是很
多工程师常用的设计方法。但采用上述方法设计的产品会存在
工程车辆
各部分作用荷载 (集中力)
四面体单元网格 (为了使用便利的面-面接触功能建立的3D模型）
项目背景 汽车车架是整个汽车的一个主要部件，其强度和刚度对整车的安全 使用及性能的影响很大。车架的结构和所承受的载荷都比较复杂， 概括起来主要包括纵向弯曲、扭转、横向弯曲、水平菱形扭转以及 它们的组合，因此车架的计算只能采用有限元法才能取得满意的结 果。
分析目的 验算起重臂的变形、应力和动力响应。
分析类型 线性静力分析 线性和非线性屈曲分析 频率响应分析
位移值
等效应力值
装载机-整机
½模型
网格划分
中性面偏移
分析背景
在装载机的设计中，“类比试凑法”是工程
师常采用的方法之一。由于采取“类比试凑”
等设计方法存在一定程度的盲目性和经验性，
容易造成设计中的“人为”应力集中点，造成
计算不准确，结构尺寸确定盲目等问题。
分析目的
校核臂架的安全性(强度)和合理设计结构刚度
分析类型 线性接触静力分析
尾部应力
杆单元和板单元混合模型
接触条件
偏移焊接接触
总体变形
整体分析结果（镜像）
应力分析结果图
中部应力
天车冲击分析
主要关心位置使用 六面体单元网格
项目背景 电机不同步和轨道不平行等原因使得天车在运行过程中经 常会对轨道产生冲击，因此分析天车运行过程各部件的受力 情况，对于改进天车结构，提高强度有着重要的作用。
机构整体强度的削弱甚至破坏。
分析目的
验算整机的变形、强度和动力响应
分析类型
静力分析
装配体连接方式
偏移焊接接触和铰接
位移值（最大值7.39mm）
铰接单元
最大值VON MISES值 （板单元198.2MPa(左图)，实体单元206.3Mpa（右图））
装载机-底盘
操作步骤
原始模型
分析目的 校核底盘的强度和刚度要求
料多，强度和刚度不足的问题，且易出现疲劳破坏。
分析目的
校核主梁的安全性(强度)
分析类型
线性接触静力分析
对称模型
接触条件 偏移焊接接触
整体分析结果（镜像）
对称模型(析取实体表面)
偏移焊接接触设置(一键式)
分析结果图
塔机（1）
局部采用板单元
项目背景 塔式起重机是现代工程建设中一种主要的起重机械，广泛应 用于工业与民用高层建筑、桥梁、水利、电力等工程的施工 作业。金属结构系统是塔式起重机的主要承载构件，其设计 合理与否直接影响整机的动态和静态性能，直接威胁生命安 全。
结果提取 利用时程图提取时间依存节点速度、加速度和位移。
结 果 曲 线
集中质量
重型设备
混凝土泵车
履带式钻机
附件
重要零部件分析
啮合接触位置
混凝土泵车变形和应力结果 履带式钻机变形和应力结果
分析目的 混凝土泵车的稳定性 履带式钻机的稳定性 模态振型
分析类型和条件 线性静态分析 模态分析 求解器自动面接触生成 施加远程载荷
连接底部 (约束)
梁截面
汽车起重机-伸缩臂
截面形状
头部端部节点（3069）三个方向位移动力响应
分析目的 伸缩臂的设计计算通常是将吊臂结构视为梁模型 进行强度及刚度等方面的分析。但实际上，吊臂 是由薄板对焊起来的箱形结构，视为板壳模型更 为合理。解决这样一个变截面板壳模型受力问题， 行之有效的方法是有限元法。
边界/载荷条件 冲击载荷 自重及负荷
执行偏置后，网格的实际位置与几何模 型一致，确保分析的正确性。
提取外表面 分析结果
网格划分及 中性面偏置
位移值 （最大值14.45mm）
最大VON MISES值 （最大值158.75MPa）
接触位置
挖掘机（1）
分析模型
分析背景 重视和加速挖掘机改进创新，稳定提高产 品质量，满足用户需求，对提高企业利润 有重要意义。在挖掘机设计中反铲装置结 构设计的合理性将直接影响到挖掘机的工 作性能和可靠性。
分析目的 计算车架刚度、强度和模态
分析类型 线性接触静力分析 模态分析
使用焊接接触条件的位置
线性静力分析多工况定义
线性静力各工况位移
线性静力各工况应力 前二阶模态
传输设备分析
长0.26秒的 冲击载荷
整体位移 (最大值: 1.257 m)
分析目的 验算传输设备对冲击载荷的反应能力及稳定性
分析类型和条件 直接瞬态响应 时间依存的水平和垂直节点载荷 采用结构阻尼 1D 杆单元和集中质量
分析目的 计算左右非对称荷载引起的变形以及螺栓连接位置的安全性 (强度)
分析类型 线性静力分析 对称模型和非对称边界条件
接触条件 滑动接触
图 4 天车结构及负载示意图
结构的滑动变形 螺栓连接位置的应力验算
天车主梁
项目背景
很多国产的桥式起重机的结构尺寸较国外同吨位的产品大很多，
除了材料上的差别外，其结构也存大较大的差异。因此出现用
结果分析 混凝土泵车变形和应力 履带式钻机变形和应力 模态振型
2阶振型 2阶振型
ห้องสมุดไป่ตู้
1阶振型
模
态
结
3阶振型
果
4阶振型
运动过程
接触应力
端部节点（142780）位移变化
根部节点（6567）旋转角度变化
吊车葫芦
损伤度 疲劳寿命 起重机主梁疲劳分析
联系我们
010-51659908/021-51697500/020-83808347 &
分析目的 验算工作时各连接部件的变形和应力
分析类型 线性静力分析
位移云图以及各位置变形图
挖掘机（2）
挖斗装载工作物料 斗料重心定义 （质量载荷）
销钉连接
分析部件间的应力云图
行业背景 1. 挖掘机是工程机械的主要机种之一，广泛用于建筑、矿
山、水电、桥梁、铁路、公路、港口、码头等国民经济 各部门。 2. 许多国内外厂家已经意识到常规设计方法的局限性，并 利用先进的有限元方法对装载机零部件乃至整机进行详 细的分析计算并取得了良好的经济效益。 3. NFX特有自动接触功能使挖掘机等工程机械的分析时间 由以前的数周变为1-2天，使分析驱动设计成为现实。
货箱在顶端时的动力分析结果(位移)
货箱在不同位置时的分析结果 (逐渐减速时的位移/变形)
浮式起重机
分析目的 验算臂架的变形、应力和动力响应。
分析类型 线性静力分析 线性和非线性屈曲分析 频率响应分析
边界/载荷条件 考虑钢丝绳激励、风载、货物载荷等。
钢丝绳 (绳索)
分析模型
头部 (管截面梁)
分析目的 校核整机的强度和刚度 校核自重、起升载荷、回转（制动）惯性载荷以及风载下的 强度和刚度。
分析类型 线性静力分析
塔机（2）
ZY平 面内剪 应力剖 断面图
整体模型
支撑位置的复杂 应力状态
关键零部件 的应力
分析目的 静荷载和动荷载引起的位移验算
分析类型 框架模型 货箱在不同位置时的分析 - 线性静力分析 - 振型分析 - 瞬态响应分析(振型叠加法)
应用案例-工程机械
北京迈达斯技术有限公司
Copyright ⓒ since 1989 MIDAS Information Technology Co., Ltd. All rights reserved.
桁架式起重机
CAD 模型
项目背景 桁架式起重机因其结构复杂存在常规计算方法难以准确计算， 设计过于安全等问题。利用先进的有限元计算工具对起重机 整体结构进行全方位的分析是解决上述设计问题的可靠、有 效的方法之一。
分析目的 计算整体和局部结构的刚度和强度 支腿和主梁的稳定性计算和优化设计
分析类型 线性静力分析 整体分析桁架模型 考虑动力载荷作用
整体变形 主梁变形
整体单元应力
支 撑 腿 变 形
港口起重机
2D CAD模型(操作范围)
项目背景
港口起重机的臂架结构是设计计算的难点，类比设计方法是很
多工程师常用的设计方法。但采用上述方法设计的产品会存在
工程车辆
各部分作用荷载 (集中力)
四面体单元网格 (为了使用便利的面-面接触功能建立的3D模型）
项目背景 汽车车架是整个汽车的一个主要部件，其强度和刚度对整车的安全 使用及性能的影响很大。车架的结构和所承受的载荷都比较复杂， 概括起来主要包括纵向弯曲、扭转、横向弯曲、水平菱形扭转以及 它们的组合，因此车架的计算只能采用有限元法才能取得满意的结 果。
分析目的 验算起重臂的变形、应力和动力响应。
分析类型 线性静力分析 线性和非线性屈曲分析 频率响应分析
位移值
等效应力值
装载机-整机
½模型
网格划分
中性面偏移
分析背景
在装载机的设计中，“类比试凑法”是工程
师常采用的方法之一。由于采取“类比试凑”
等设计方法存在一定程度的盲目性和经验性，
容易造成设计中的“人为”应力集中点，造成
计算不准确，结构尺寸确定盲目等问题。
分析目的
校核臂架的安全性(强度)和合理设计结构刚度
分析类型 线性接触静力分析
尾部应力
杆单元和板单元混合模型
接触条件
偏移焊接接触
总体变形
整体分析结果（镜像）
应力分析结果图
中部应力
天车冲击分析
主要关心位置使用 六面体单元网格
项目背景 电机不同步和轨道不平行等原因使得天车在运行过程中经 常会对轨道产生冲击，因此分析天车运行过程各部件的受力 情况，对于改进天车结构，提高强度有着重要的作用。
机构整体强度的削弱甚至破坏。
分析目的
验算整机的变形、强度和动力响应
分析类型
静力分析
装配体连接方式
偏移焊接接触和铰接
位移值（最大值7.39mm）
铰接单元
最大值VON MISES值 （板单元198.2MPa(左图)，实体单元206.3Mpa（右图））
装载机-底盘
操作步骤
原始模型
分析目的 校核底盘的强度和刚度要求
料多，强度和刚度不足的问题，且易出现疲劳破坏。
分析目的
校核主梁的安全性(强度)
分析类型
线性接触静力分析
对称模型
接触条件 偏移焊接接触
整体分析结果（镜像）
对称模型(析取实体表面)
偏移焊接接触设置(一键式)
分析结果图
塔机（1）
局部采用板单元
项目背景 塔式起重机是现代工程建设中一种主要的起重机械，广泛应 用于工业与民用高层建筑、桥梁、水利、电力等工程的施工 作业。金属结构系统是塔式起重机的主要承载构件，其设计 合理与否直接影响整机的动态和静态性能，直接威胁生命安 全。
结果提取 利用时程图提取时间依存节点速度、加速度和位移。
结 果 曲 线
集中质量
重型设备
混凝土泵车
履带式钻机
附件
重要零部件分析
啮合接触位置
混凝土泵车变形和应力结果 履带式钻机变形和应力结果
分析目的 混凝土泵车的稳定性 履带式钻机的稳定性 模态振型
分析类型和条件 线性静态分析 模态分析 求解器自动面接触生成 施加远程载荷
连接底部 (约束)
梁截面
汽车起重机-伸缩臂
截面形状
头部端部节点（3069）三个方向位移动力响应
分析目的 伸缩臂的设计计算通常是将吊臂结构视为梁模型 进行强度及刚度等方面的分析。但实际上，吊臂 是由薄板对焊起来的箱形结构，视为板壳模型更 为合理。解决这样一个变截面板壳模型受力问题， 行之有效的方法是有限元法。
