基于ANSYS的塔式起重机结构分析

基于ANSYS有限元软件的塔机回转下支座力学分析摘要：在塔式起重机的所有结构中，回转部分多数采用钢板拼焊的箱型结构，该结构要求塔机各种工况下满足刚度、强度要求。

本论文以本单位QTZ型1000Tm 回转下支座结构为计算目标，建立ansys有限元计算模型，通过有限元软件的计算，考察并分析该回转下支座结构的应力状态及应力变化趋势，调整结构使其满足要求，提高塔机的性能及可靠性。

关键词：回转下支座；ANSYS；应力分析0引言：回转部分是塔式起重机重要的组成部分，它将完成塔机在工作面内的旋转运动，对塔机正常工作起到关键作用。

比较塔式起重机其他部分，如吊臂、平衡臂，回转部分的结构比较紧凑，主要由回转下支座，回转上支座，回转支撑，回转机构，及其他安全装置组成，钢结构件为回转上下支座，它将承受所有回转以上的载荷。

因此回转支座的强度、刚度对回转部分以及整个塔机的安全及性能起到关键作用。

回转支座计算比较复杂，这是由于其本身结构形式决定的。

回转上下支座结构多数采用钢板拼接而成，与其他部分连接的主弦部分多采用角钢、方管、圆钢等，总体来说主要以板梁结合为主的结构。

这导致在对回转上下支座计算时，力学模型难以建立，无法准确地采用结构力学中的计算方法进行简化，因此在以往的计算过程中，只能对连接位置处主弦及销轴的强度进行计算。

本文以ANSYS有限元软件为计算平台，以我单位QTZ型1000Tm塔机回转下支座为计算目标，通过建立回转下支座有限元模型，合理分析载荷状态及加载位置，计算出回转下支座在设定的几种工况下的应力最大值及应力分布状态。

完成回转下支座强度及刚度的校核，同时提出回转下支座改进方案，完成计算目标，使该型号塔机回转部分设计更合理、性能更优越、安全及使用可靠性更高。

1回转下支座结构受力分析本单位QTZ型1000Tm型号塔式起重机回转下支座为本文的计算对象，该回转下支座主要由上下盖板、回转双层钢圈拼焊而成，主弦采用圆钢形式。

回转下支座与下方内塔节连接，采用主弦圆钢上焊接的耳板通过销轴连接；回转下支座上方安装回转支撑，回转支撑与回转下支座采用高强螺栓连接，该高强螺栓穿过回转支撑及下支座上下盖板，在下盖板处用高强螺母拧紧。

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的塔式起重机结构分析符国炎【摘要】以QTZ6012塔式起重机为例探索建立一种基于ANSYS的建模分析(塔式起重机结构分析的简化、单元选择、建立模型、载荷情况、设计工况计算、结果与分析)的研究方法,以达到从设计阶段找出塔机工作状态的危险部位及应力水平的目的,从而为塔式起重机的设计计算、检验检测和安全评估提供可靠数据和方法.【期刊名称】《建筑机械（上半月）》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】3页(P135-137)【关键词】塔式起重机;结构分析【作者】符国炎【作者单位】广东省建筑科学研究院集团股份有限公司,广东广州510500【正文语种】中文【中图分类】TH2121.1 模型简化由于回转支承结构等实体部件相对塔式起重机整体结构而言几何尺寸较小，而刚度较大、质量较为集中，当对塔机结构进行整体分析时，可以将回转支承结构等实体部件采用梁杆单元进行等效，使塔机的整体分析中只包含梁单元，避免了具有不同结点自由度的梁单元和板壳单元的联接问题。

另外，一般塔机都具有几百甚至几千根杆件，其输入数据文件已经很大，如果再同时分析回转机构的板壳结构，更将大大增大数据文件，甚至超出了计算机的工作能力。

在作完整体分析之后，再将整体分析中得到的等效单元的结点力作为外载荷，采用板壳单元单独分析回转机构。

根据设计规范的规定，塔机必须工作在材料弹性范围内，且对一般的中小型塔机的分析不必考虑非线性因素，因此QTZ6012塔机只讨论线性分析。

（1）塔身、起重臂主弦杆和腹杆的每个连接点根据实际尺寸建立节点，每节塔身、起重臂的连接点也建立节点。

（2）塔机模型应与实际形状保持几何上的相同，对研究问题影响不大的局部结构适当简化。

（3）模型的边界约束条件应与塔机实际工作时保持一致。

塔身底部结构刚度很大，又与地基用地脚螺栓相连，则认为在底部能承受弯矩，假定它是固接支座，约束线位移UX=0、Uy=0、Uz=0；角位移R0TX=0、R0Ty=0、R0Tz=0；平衡臂、起重臂、塔帽与塔身连接节点约束线位移UX=0、Uy=0、Uz=0；角位移R0Ty=0、R0Tz=0；平衡臂拉索、起重臂拉索与平衡臂、起重臂、塔帽连接节点约束线位移UX=0、Uy=0、Uz=0；角位移R0Ty=0、R0Tz=0。

第二章ANSYS分析塔式起重机吊臂步骤2.1 分析问题遇到要分析的问题时，通常要考虑该问题所在的学科领域、分析该问题所要达到的目标等分析方案。

需要考虑以下几点：1、分析领域塔式起重机吊臂的力学分析属于结构分析领域。

2、分析目标利用ANSYS，根据起重特性曲线，计算变幅小车在不同位置时吊臂的受力情况，及拉杆的力。

3、分析类型结构线性静力分析。

4、分析细节的考虑（1）ANSYS中没有定义单位，在应用时，可以采用国际单位制。

（2）在建立模型过程中，要考虑两个下弦杆的相对位置。

根据起重特性曲线，起重量沿臂端方向逐渐减小，因此由两个等边角钢焊接成的方管的横截面积也减小，同时要考虑到变幅小车在下弦杆上行走，故下弦的外廓面和上平面应在同一平面内。

建模时应用点和线，保证模型的连贯性，所以将整个吊臂变截面的下弦杆轴线放在同一水平线上，通过定义单元梁质心的相对位置来保证外廓面和上平面在同一平面内。

（3）变幅小车及吊重可以通过集中力的形式加载到下弦杆上。

（4）风载荷加到关键点上。

（5）吊臂自重通过惯性力施加。

由于吊臂上安装有其他设施，故总重比计算值偏大，这时需要增大密度，来模拟自重。

（6）划分网格时须注意，拉杆采用的LINK8单元只能承受拉力，所以分网时，一个单元只能分一段。

吊臂采用BEAM188单元，分网时可以划分2~3段。

（7）在臂节连接处，实际是使用销轴连接，在模型中进行耦合来模拟销轴连接。

2.2建立K25/20塔式起重机吊臂模型吊臂的模型结构比较简单，只要在笛卡儿坐标系中输入各个节点的位置，然后将每个点连成直线即可。

在建模前要对吊臂的形状有一个全面的了解，然后列出每个节点的坐标。

下面是K25/20塔式起重机吊臂节点位置。

1、节点编号及坐标位置（mm）：在定义的关键点中，吊臂每节后三个点和下一节前三个点的坐标相同，用来进行耦合处理。

点击Main menu >Preprocessor>Modeling>Create>Keypoint>In active CS进入Create keypoints in active coordinate system对话框。

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。