基于ANSYS龙门起重机结构系统的模态分析

基于ANSYS的起重机大梁结构模态分析
武永顶;续秀忠
【期刊名称】《机电技术》
【年(卷),期】2016(000)004
【摘要】在有限元法的基础上,运用ANSYS软件对岸边集装箱起重机的大梁结构进行自由模态分析,得到大梁在各阶模态下的固有振型和固有频率.通过对固有振型和固有频率的研究,为起重机的设计优化、动态分析等提供依据.
【总页数】3页(P25-27)
【作者】武永顶;续秀忠
【作者单位】上海海事大学,上海浦东新区201306;上海海事大学,上海浦东新区201306
【正文语种】中文
【中图分类】TH213.3
【相关文献】
1.基于ANSYS的塔式起重机结构模态分析 [J], 尹强;陈世教;冀满忠
2.基于ANSYS龙门起重机结构系统的模态分析 [J], 孙彦锋
3.基于ANSYS的水平定向钻机大梁的模态分析与改进设计 [J], 骆圆圆;钱瑞明;朱宏陪
4.基于ANSYS的大型全回转架梁起重机结构模态分析 [J], 周建锋;张新星
5.基于ANSYS的某型号蜘蛛起重机上车结构模态分析 [J], 商晓恒;崔哲;肖彦峰;王舒
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基于ANSYS的龙门起重机门架结构动态设计与优化研究的开题报告一、研究背景和意义随着现代制造技术的不断发展，龙门起重机在物流设备、建筑施工等领域中被广泛应用。

龙门起重机的门架结构是其重要的组成部分，其质量和性能直接关系到整个起重机的稳定性和安全性。

因此，对龙门起重机门架结构动态设计与优化的研究是非常必要的。

目前，针对龙门起重机门架结构的设计与优化研究主要依靠试验和经验的方式，并且这样的方式在一定程度上缺乏科学性和系统性。

而基于ANSYS有限元仿真技术的门架结构动态设计和优化研究，能够从理论上提高龙门起重机门架结构的设计与优化效率和精度。

二、研究内容和方法本研究选取一款常用的龙门起重机门架结构，利用ANSYS有限元仿真技术，建立门架结构的动态模型，并对其进行模拟计算。

具体的研究内容包括：1.门架结构材料力学参数的确定：选取门架结构常用的材料，利用常用的试验方法，确定材料的力学性能参数。

2.门架结构动态特性分析：利用ANSYS有限元方法，对门架结构的动态特性进行分析，包括对门架结构的自然频率、振型、动态响应等进行计算和分析。

3.门架结构优化设计：根据门架结构动态分析结果，进行门架结构的优化设计，包括门架结构的结构参数的优化等。

4.门架结构模拟实验验证：根据ANSYS模拟结果，进行门架结构的模拟实验验证。

三、研究预期成果和意义本研究预期将基于ANSYS有限元仿真技术，对一款常用的龙门起重机门架结构进行动态设计与优化研究，在门架结构的动态特性分析、优化设计和模拟实验验证等方面进行全面的探讨，预期将取得以下成果：1.门架结构的设计和优化技术：将龙门起重机门架结构的动态设计与优化技术整合到有限元仿真工具中，实现门架结构的效率和精度的提高。

2.门架结构优化设计方案：将门架结构的优化设计方案从经验和试验中提取，形成科学合理的门架结构优化设计方案。

3.门架结构的动态响应研究：通过对门架结构的动态响应分析，提高门架结构的稳定性和安全性，为深入研究其它龙门起重机结构提供基础。

探究龙门起重机结构动态优化设计针对龙门起重机应用中存在的问题，比如结构振动剧烈问题、吊载运行稳定性差问题，进行动态分析，探索龙门起重机作业过程中出现运行问题的原因，并且针对不同类型的起重机提出了相应的优化改进方案。

对龙门起重机结构动态设计进行优化，以满足整机重量最小需求，以及满足模态固有频率条件等，作为优化目标，对其结构参数进行优化设计。

标签：龙门起重机；结构参数；结构动态；优化设计起重机属于大型运输机械，能够在复杂情况作业。

其龙门起重机自身的结构特性以及动态特性等，对龙门起重机的使用性能，有着较大的影响。

传统的起重机结构设计，主要依靠人工设计，结合传统经验等方法，具有较大的局限性。

随着起重机设计技术的发展，使得动态工作情况被人们重视与思考，并且对龙门起重机结构进行动态优化设计。

1 龙门起重机结构概述龙门起重机结构较为简单，例如图1，其为JQ50型号的龙门起重机结构示意图。

主要包括下横梁与端梁、柔性支腿与刚性支腿、主梁与门框等。

现代龙门起重机，多采取静态设计+动态补偿设计的方法，除了考虑静态时的工作载荷外，还考虑动态载荷，采取添加安全系数的方式进行补偿，以此简化结构动态设计，以此确保龙门起重机结构设计，能够满足静强度与静刚度的需求，但是因为缺乏动态特性分析，难以估计龙门起重机动态作业时的稳定性，进而极易引发作业问题，包括整机结构振动强烈以及运行不稳定等问题。

龙门起重机的稳定性与刚度，与其金属结构的承受能力，有着直接的关系，进而使得动应力与动刚度等问题更加严重。

当弯曲动刚度超出标准，则极易造成整机结构振动问题，而动应力超出标准，极易造成结构变形或者损伤问题。

当跨中动移位超标时，则会造成整机结构失稳。

2 龙门起重机结构动态分析2.1 基于Ansys动态分析理论基础龙门起重机作业时的动态问题，其属于有限个自由度弹性系统运动范畴。

龙门起重机的模态分析，主要目的是明确龙门起重机结构的振动特性，包括固有频率与振形，该数据信息可以在龙门起重机结构无阻尼自由振动条件下获取。

基于ANSYS的龙门吊起重机模态分析赵连磊;兰凯鹏【摘要】针对龙门吊复杂的工作条件对起重机的苛刻要求,以龙门吊起重机为研究对象,采用ANSYS软件建立了与龙门起重机近似的三维模型,并根据模态分析理论对龙门起重机进行动态性能的分析,重点针对龙门起重机用Subspace法计算模态、固有频率,获得了该起重机的前五阶模态参数.理论值与试验值比较表明,起重机能够在一定程度上避免共振现象,模型建立准确,为起重机的动态设计提供了理论依据.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2019(057)001【总页数】4页(P91-94)【关键词】龙门起重机;动态性能;模态分析【作者】赵连磊;兰凯鹏【作者单位】200093 上海市上海理工大学机械工程学院;200093 上海市上海理工大学机械工程学院【正文语种】中文【中图分类】TH213.50 引言随着海洋集装箱运输长足发展，航运商纷纷采用了更大的集装箱船，致使起重机作业效率的要求提高。

起重机的大车、小车和吊具这三大机构的运行速度较高，起重机工作时的动载荷很大，对起重机的动态特性有很大的影响。

当这种影响比较严重时，将使得集装箱起重机晃动剧烈，造成起重机的大车、小车和吊具这三大机构的运行不稳定而发生故障。

其主要表现在，当所受激振力的频率与龙门起重机结构的某一固有频率接近时，就有可能引起结构共振，从而产生很高的动应力，造成结构的强度破坏或产生不允许的大变形，破坏龙门起重机的性能[1]。

所以，为了在保证安全的前提下充分发挥集装箱起重机的潜能，必须对其进行动态特性分析，为自动化堆场的高效运作提供最重要的基础保证[2]。

1 模态分析理论模态分析一般用于确定结构的振动特性、固有频率和振型（模态），它也是谐响应分析、瞬态动力学分析及谱分析等其他动力学分析的起点。

ANSYS提供了7种模态提取方法：子空间法（subspace）、分块法（block lanczos）、缩减法（reduced/householder）、动态功率法（power dynamics）、非对称法（unsymetric）、阻尼法（damp）、QR阻尼法（QR damp）。

基于ANSYS的门机金属结构系统动态特性分析赵文涛;余峰;吴畏;郭俊材;王帅;肖克雅;陈芃吉【期刊名称】《机械》【年(卷),期】2018(045)004【摘要】以某门式起重机金属结构系统为例,利用有限元软件ANSYS分析了其动态特性.通过分析得出如下结论:当起重小车位于主梁跨中和悬臂端时,整机金属结构系统对应的各阶模态振型均表现一致,其中,第四阶模态为整机结构在垂直方向的振动,当小车位于主梁跨中时,对应的固有频率值为3.033 Hz,即其动态性能满足国家标准的要求.分析结果为该起重机动态性能的优化奠定了基础.【总页数】5页(P27-31)【作者】赵文涛;余峰;吴畏;郭俊材;王帅;肖克雅;陈芃吉【作者单位】中国核动力研究设计院,四川成都 610213;中国核动力研究设计院,四川成都 610213;中国核动力研究设计院,四川成都 610213;中国核动力研究设计院,四川成都 610213;中国核动力研究设计院,四川成都 610213;中国核动力研究设计院,四川成都 610213;中国核动力研究设计院,四川成都 610213【正文语种】中文【中图分类】O242.21【相关文献】1.基于ANSYS的无卡轴旋切机刀架动态特性分析 [J], 葛坤明2.基于ANSYS平台的四连杆门座起重机立柱及平衡系统金属结构有限元分析 [J],王红霞;王红勤;;3.基于 ANSYS 二次开发的进给系统动态特性分析系统 [J], 李骜;汪惠芬;刘婷婷;柳林燕4.基于VC和Ansys的电动单梁起重机金属结构软件系统的开发 [J], 应法明;滕欣定;吕少炯5.基于ANSYS平台的四连杆门座起重机立柱及平衡系统金属结构有限元分析 [J], 王红霞;王红勤因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

压电变换器的自振频率分析及详细过程1.模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。

同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。

ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。

前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。

ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。

ANSYS的模态分析是线形分析，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即使被定义了也将被忽略。

2.模态分析操作过程一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。

(1).建模模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的，主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。

(2).施加载荷和求解包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等。

指定分析类型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal。

指定分析选项，Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options，选择MODOPT(模态提取方法〕，设置模态提取数量MXPAND.定义主自由度，仅缩减法使用。

门座起重机的模态分析摘要：采用大型有限元结构分析软件ANSYS对福建马尾造船厂的SDMQ1260/60E型门座起重机进行了模态分析，为该起重机的安全运行提供依据。

关键词：门座起重机、模态分析金属结构故障诊断成为工程机械领域的一个重要的研究课题，对大型化、老龄化的门座起重机而言，其金属结构的故障时有发生，严重地影响生产的安全。

本论文以SDMQ1260/60E型门座起重机为研究对象，采用大型有限元结构分析软件ANSYS对其模态进行分析，得出相应的结果。

为今后的维修提供可靠的数据。

1. 门座起重机建模该起重机的转柱、门架和起重臂等构成一空间杆系结构，可简化成刚架结构，主要用梁单元进行分析计算；大平衡架为钢板焊接而成的箱体结构，应采用三维实体单元进行分析计算。

1.1 有限元网格门座起重机结构主要是由无缝钢管和钢板组成，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9920个单元，18717个节点。

1.2 材料物理参数该起重机的型材选用两种材料，分别为Q235-A和16MnR，这两种材料在常温下的屈服极限分别为235MPa和325MPa，弹性模量为2.1×105MPa，材料的泊松比取为0.3，密度为7800kg/m3。

1.3 载荷工况根据该起重机的运行状况，在考虑自重的情况下，研究起重臂处于起吊重量为60t的位置，但是空载的工况。

取重力加速度g=9.8m/s2：1.4 边界条件门架上四个与大平衡架相连的绞点采用固定端约束形式，即6个自由度全部约束。

2. 模态分析模态分析，也叫特征值的提取，用以求解多自由度系统自由振动的固有频率和相应振型。

模态分析用于确定设计中的结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)。

它是承受动态载荷结构设计中的重要参数，同时也可以作为其它更详细的动力学分析的起点。

Indust rial Const ruct ion V ol.40,Supplement,2010 工业建筑 2010年第40卷增刊基于ANSYS的吊车梁结构模态分析贾慧灵1 杜鹏飞2 任学平1(1 内蒙古科技大学机械工程学院,内蒙古包头,014010;2 内蒙古包头市交通运输管理处,内蒙古包头,014010)摘 要:某钢厂 D列吊车梁在工作中,制动板和连接螺栓经常发生断裂。

为找到故障原因,应用有限元软件A N SYS对 D列吊车梁进行模态分析,计算得出吊车梁的前5阶模态频率及相应的主振型。

通过分析可知:1)制动板刚性最弱,在下面加焊10mm钢板可防止断裂;2)外加载荷频率达到吊车梁的第5阶固有频率时,连接螺栓被剪断。

关键词:吊车梁;有限元法;模态分析;制动板MODAL ANALYSIS OF C RANE BEAM BASED ON ANSYSJia H uiling1 D u P eng fei2 Ren Xueping1(1 Inst itute of M echanical Eng ineering,Inner M ong olia U niver sity o fSciences and T echnolog y,Bao tou014010,China;2 Baotou Communication and T ranspo rtatio n M anag ement Bureau,Bao tou014010,China)Abstract:T he brake plate and connect ing bolts are often broken when crane beam is w or king in a steel plantIn or der to find the causes of these faults,the finite element ana lysis softw ar e-AN SYS is applied to the modalanaly sis of D ser ies of crane beam in this paper T he pr eceding5steps mo dal f requencies and the co rr espondingvibr atio n mo des of t he crane beam are calculated M odal ana lysis show s that the brake plate has the lo weststiffness,which can be prevented fr om breaking by means of welding a10mm st eel plate,and that co nnectingbolts a re cut o ff when lo ading frequency reaches t he fifth basic frequency o f cr ane beamKeywords:crane beam;finite element method;modal analysis;br ake plat e第一作者:贾慧灵,女,1976年出生,副教授。