吊篮计算书
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技术报告 吊篮强度分析
2007-9-24 1 有限元模型 1.1建模原则 根据有关CAD图纸,应用MSC/NASTRAN软件对整个吊篮结构进行建模,形成模型数据库。吊篮长13000mm,宽1400mm, 底部11个大的横梁,如图一所示.
1.2单位制定义 质量: 千克 (kg) 长度: 毫米 (mm) 力: 牛顿 (N) 应力: 兆帕 (MPa) 压力: 兆帕 (MPa) 1.3材料参数 材料为235钢,材料参数如下: 杨氏模量: E
=2. 06×105 N/mm2 Poisson比: μ=0.3 质量密度: ρ=7.80×10-6 kg/mm3 1.4单元类型 整个模型采用2098个beam单元来模拟吊篮的槽钢和方钢,6071个shell单元来模拟板,整个模型共8169个单元。单元一般情况下尽量划分为正方形单元,四边形单元边长比不超过1:3。对吊耳区域的网格进行了细分,有个别过渡单元不符合该规律。
1.5单元属性 在有限元分析中结构尺寸采用CAD图纸中所标出的尺寸,模型 1中所采用的各种单元属性的主要参数详见CNOOC—12TON OFFORE CARGO BASKET的CAD图纸。
图一 吊篮整体有限元模型 2 载荷 2.1 计算载荷
货物的质量为12000Kg,整个吊篮自重3805Kg。由于吊篮的动力系数为2,所以货重对吊篮的作用力为235440N,并且吊篮自身的重力加速度取2g。对于模型的边界条件,有两种方案,分别进行计算。货物引起的集中力,加到吊篮上的示意图如下:
2 图二 货物压力图 2.2 边界条件 对于模型的边界条件,有两种方案,分别进行计算:
方案一:将四个吊耳分为两组,沿吊篮纵向同一侧的两个吊耳为第一组,任取其中一个吊耳,令其Ux=0,另一个吊耳取Uy=0,对应其横向位置的第三个吊耳取Uy=o,最后一个吊耳取Ux=0,Uy=o, 所有的吊耳Uz=0。如下图所示:
图三 吊篮模型的边界条件一 Ux,y=0
Uz=0Uy=0Ux=0
Ux=0 Uy=0
3方案二:由几何知识可知,随着吊索长的不断增大,吊索与水平面夹角增大,从而使得吊耳的受力逐渐减小,若吊索太短则吊耳处的力非常大。因未给出具体吊索长,本文采用吊索长等于吊篮长边进行计算。建议施工时吊索长大于长边。把四个吊耳所受的力按纵、横、垂三个方向分解,每个吊耳可以得到纵向的力为45194.0 N,横向的力为10843.8N,垂向的力为77523.5N. 整个模型不加约束,采用惯性释放进行计算。见下图:
fy fz
fx
图四 吊篮模型的边界条件二 2.3 计算 2.3.1结果分析 从图五、六中可以看出,吊篮的边界条件为方案一,吊篮的整体应力不是很大,最大的地方出在吊耳处,吊篮底部承受最大货压处的应力不是很大,强度可以满足,并且两端应力很小。
从图七、八中可以看出,吊篮的边界条件为方案二时,整个吊篮的应力较小,最大应力出现在四个吊耳处,该处应力未超过屈服限,整个模型强度满足要求。
4吊篮底部及侧面的应力云图如图九---十二所示,从图中可以看出这些部位的应力都比较小,强度满足要求。
图五 吊篮的边界条件为方案一时的整体应力云图 图六 吊篮主要框架结构在方案一中的应力云图 5 图七 吊篮的边界条件为方案二时的整体应力云图 图八 吊篮主要框架结构在方案二中的应力云图 6 图九 吊篮的边界条件为方案一时的底部应力云图 图十 吊篮的边界条件为方案二时的底部应力云图 7 图十一 吊篮的边界条件为方案一时的侧面应力云图 图十二 吊篮的边界条件为方案二时的侧面应力云图 82.3.2两种边界条件下相同部位应力比较 通过对两种边界件条件下相同部位应力值的对比分析可知,吊篮工作时的最大应力出现在吊耳处,小于材料的屈服强度,其他部位应力均满足强度要求。各部位对比结果如表一所示。
表一 方案一与方案二屈服比较 位置 单元ID 许用值 建造厚度方案一应力值结论1方案二应力值 结论2底板 5785 235 6 13.23 满足 14.21 满足 底板 5824 235 6 12.59 满足 11.07 满足 底板 6135 235 6 3.88 满足 7.18 满足 底板 6389 235 6 5.66 满足 6.25 满足 底板 6434 235 6 5.35 满足 6.10 满足 底板 6512 235 6 5.21 满足 6.11 满足 底板 8270 235 6 5.62 满足 8.23 满足 底板 8287 235 6 4.15 满足 6.45 满足 侧板 1291 235 5 0.29 满足 0.80 满足 侧板 1323 235 5 0.25 满足 0.62 满足 侧板 1324 235 5 0.26 满足 0.62 满足 侧板 9817 235 5 0.37 满足 0.47 满足 侧板 9926 235 5 0.18 满足 0.37 满足 侧板 9981 235 5 0.14 满足 0.58 满足 吊耳 12957 235 25 86.55 满足 102.77 满足
吊耳 13155 235 25 83.19 满足 77.97 满足 吊耳 13198 235 25 85.34 满足 92.35 满足 吊耳 13199 235 25 104.00 满足 102.74 满足 吊耳 13200 235 25 106.04 满足 98.77 满足 吊耳 13207 235 25 47.33 满足 55.13 满足 吊耳 13242 235 25 64.54 满足 45.50 满足
9吊耳 13312 235 25 30.00 满足 38.67 满足 吊耳 13424 235 25 60.31 满足 92.37 满足 吊耳 13426 235 25 113.82 满足 98.81 满足 吊耳 13691 235 25 105.61 满足 102.82 满足 吊耳 13692 235 25 101.88 满足 98.85 满足 吊耳附近 12884 235 25 8.83 满足 20.91 满足 吊耳附近 13126 235 25 11.23 满足 19.58 满足 吊耳附近 13328 235 25 24.81 满足 28.10 满足 吊耳附近 13559 235 25 23.96 满足 28.42 满足 吊耳附近 13789 235 25 25.77 满足 28.11 满足 底部横梁 11016 235 9 1.25 满足 1.39
满足
底部横梁 11043 235 9 10.28 满足 11.63
满足
底部横梁 11048 235 9 5.36 满足 16.99
满足
底部横梁 11056 235 9 18.42 满足 24.20
满足
底部横梁 11062 235 9 13.07 满足 20.95
满足
底部横梁 11068 235 9 4.79 满足 23.225
满足
底部横梁 11108 235 9 5.148 满足 7.76
满足
底部横梁 11117 235 9 16.97 满足 19.08
满足
底部横梁 11156 235 9 16.79 满足 30.97
满足
底部横梁 11159 235 9 15.22 满足 30.20
满足
底部横梁 11165 235 9 3.38 满足 22.99
满足
底部框架 8752 235 9 1.86 满足 0.74 满足 底部框架 8795 235 9 7.30 满足 5.65 满足 底部框架 8837 235 9 3.26 满足 5.23 满足 底部框架 8845 235 9 4.21 满足 4.80 满足 底部框架 10673 235 9 7.06 满足 6.54 满足 底部框架 10683 235 9 3.38 满足 3.795 满足 底部框架 11015 235 9 1.24 满足 1.375 满足 底部框架 11209 235 9 1.14 满足 1.12 满足 底部框架 11379 235 9 18.76 满足 17.378 满足 侧面框架 9386 235 8 38.58 满足 48.95 满足 10侧面框架 9401 235 8 56.15 满足 55.84 满足 侧面框架 11307 235 8 6.51 满足 8.83 满足 侧面框架 11338 235 8 22.89 满足 30.50 满足 侧面框架 11357 235 8 58.89 满足 60.83 满足 侧面框架 11359 235 8 55.80 满足 55.63 满足 侧面框架 11365 235 8 46.20 满足 39.72 满足 侧面框架 11367 235 8 42.90 满足 38.16 满足 侧面框架 11370 235 8 37.98 满足 41.47 满足 侧面框架 11846 235 8 5.91 满足 9.30 满足 侧面框架 11859 235 8 1.67 满足 8.55 满足 顶部框架 9027 235 10 12.70 满足 14.38 满足 顶部框架 9065 235 10 18.93 满足 7.92 满足 顶部框架 9093 235 10 10.86 满足 3.42 满足 顶部框架 9142 235 10 23.04 满足 7.94 满足 顶部框架 9175 235 10 9.06 满足 11.63 满足 顶部框架 9181 235 10 12.96 满足 14.37 满足 顶部框架 10734 235 10 1.86 满足 4.38 满足 顶部框架 12108 235 10 1.92 满足 3.82 满足
3结论 根据强度评估的结果,可以看出此吊篮的屈服强度满足,只在局部区域应力较大,这些部位包括:吊篮的吊耳和底部大横梁的端部区域。总之,可以认为本吊篮结构在服务运输期间强度能满足要求。对于上述强度相对薄弱的位置,应定期进行检测和测厚跟踪。建议施工时,吊索长度大于吊篮长边。
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