基于ANSYS的塔式起重机塔身的静力学分析

基于ANSYS的塔式起重机塔身的静力学分析

孙中阳

（山东建筑大学  250100）

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

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。同时插入网格划分方法Method，选择四面体Tetrahedrons划分，最后生成网格，如图2所示。

图2 网格划分

1.3施加载荷与约束

塔式起重机在工作时，塔身受竖直向下的压力，按最大起重量6t计算。双击Model进入分析模型设置界面，右键单击Static Structure，选择Insert-Fore，在弹出的详细列表中设置加载面，输入载荷大小15000N，定义图中所示-y方向。单击工作栏中的Inertial下三角图标，选中列表中的Standard Earth Gravity，然后在弹出的详细设置窗口中定义重力加速度方向，在Direction中选择-y Direction，如图3(a)所示。重复以上操作，在每个支点分别施加相同载荷。将四个支腿底部设置固定约束Fixed supported，如图3(b)所示。

(a)

(b)

图3 施加载荷与约束

2仿真结果分析

根据仿真结果分析，塔机塔身变形最大位移为2.0092mm，位移云图如图4所示。最大应力为178MPa，小于Q235的屈服强度235MPa，应力云图如图5所示。

图4 位移云图

图5 应力云图

3 结论

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。在最大起重量下，塔机塔身最大位移为2.0092mm，最大应力为178Mpa，小于Q235的屈服强度235Mpa。因此，变形结果符合实际，塔式起重机塔身结构符合要求。

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