（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

基于ANSYS的起重機主梁變形失效事故分析

葉偉，陳波

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

本文基于ANSYS對某車間橋式起重機在使用過程中發(fā)生的主梁嚴(yán)重變形失效事故進行了分析研究，通過實地察驗對主梁的結(jié)構(gòu)及尺寸數(shù)據(jù)進行采集，利用UG建模技術(shù)構(gòu)建主梁的三維模型，依據(jù)起重機的產(chǎn)品質(zhì)量說明書與實際使用工況，通過ANSYS軟件賦予材質(zhì)、添加約束，加載分析，分析得到主梁變形的模擬仿真理論受力值，得到了該主梁變形失效的主要原因，為探究該起重機主梁的失效提供了理論依據(jù)，也為起重機主梁變形失效事故的分析提供了一種方法及參考。

起重機；主梁；變形失效；ANSYS；受力分析

橋式起重機作為起重機械的重要類型之一，從事搬運、轉(zhuǎn)載、儲存作業(yè)(TUL)的大量運輸任務(wù)，其主梁是各式橋式起重機中最主要的部件之一，它承受著垂直方向的載荷（小車自重或起吊重物、主梁本身的自重和機械、電氣設(shè)備的質(zhì)量）和水平方向的載荷（當(dāng)起重機或小車起動和制動時產(chǎn)生的慣性力）。所以它應(yīng)該有足夠的垂直和水平方向的強度、剛度和穩(wěn)定性，并有良好的抗疲勞性能和足夠的疲勞強度。而主梁的變形失效會帶來極大的安全隱患，導(dǎo)致事故的發(fā)生，本文主要研究了某車間橋式起重機在使用過程中發(fā)生的嚴(yán)重變形失效問題，為起重機械的主梁失效提供一定的理論分析與仿真分析數(shù)值，對探究事故的發(fā)生提供一定的方法。

1 現(xiàn)場勘測

1.1 現(xiàn)場確認(rèn)

圖1 現(xiàn)場使用環(huán)境

圖2 主梁拆解待檢

針對該事故的發(fā)生，首先對該起重機使用環(huán)境及主梁的實際情況進行現(xiàn)場確認(rèn)（如圖1），并將事故起重機主梁吊運至空曠位置進一步觀測變形情況（如圖2）。針對受損橋式起重機的工作環(huán)境評估其使用等級（機構(gòu)運轉(zhuǎn)頻率情況）和載荷狀態(tài)級別，比較起重機在實際工作中的狀況與起重機工作級別的大小，滿足使用要求?，F(xiàn)場勘測基本數(shù)據(jù)表，見表1。

表1 勘測參數(shù)

1.2 基本情況及數(shù)據(jù)采集

由于事故發(fā)生前，該起重機的起重量限制器損壞，無法現(xiàn)場確認(rèn)主梁出現(xiàn)嚴(yán)重變形時的吊物重量。事故分析采用了對其主梁部分進行分解，確認(rèn)主梁內(nèi)部的關(guān)鍵筋板的數(shù)量及尺寸。經(jīng)實測，筋板共29個（其中長筋板15個，短筋板14個），筋板外形尺寸及焊接工藝符合要求（如圖3）。 同時測量主梁和筋板的實際尺寸，為后期受力分析提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)模型（在此不詳細(xì)列出蓋板、腹板、筋板等的詳細(xì)尺寸）。

圖3 主梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)（腹板隱藏狀態(tài)）

2 主梁的建模及分析

2.1 構(gòu)建主梁模型

考慮到該主梁的結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，零部件較多，計算量較大，因此在建模過程中進行了一些必要的簡化處理，略去和簡化了一些對計算結(jié)果影響不大的零件（如螺栓孔、倒角等），將各零件的有限元模型建立起來，再加上邊界約束條件，建立實體的有限元模型，本文采用三維軟件UG建模，將實體文件導(dǎo)入ANSYS，做前處理、分析計算和后處理等一系列工作。主梁的三維實體模型如圖4所示，主梁三維實體部分剖面圖如圖5所示。

根據(jù)測量數(shù)據(jù)，在UG軟件上構(gòu)建三維實體模型數(shù)值，板筋厚度d=5mm，U型槽厚度D=6 mm，板筋間隔L=480mm，總長度=16000mm。

圖4 主梁三維實體圖（透視狀態(tài)）

圖5 主梁三維實體圖（剖視狀態(tài)）

2.2 基于實體模型的ANSYS應(yīng)力分析

將三維實體模型導(dǎo)入到ANSYS軟件中，根據(jù)起重機的實際工況，定義其模型的材質(zhì)，劃分網(wǎng)格，添加約束，求解驗證主梁的應(yīng)力應(yīng)變。在計算時認(rèn)為各焊接件本身無缺陷，焊接牢固，無虛焊、漏焊、松脫現(xiàn)象，焊接后殘余應(yīng)力較小，不足以影響分析結(jié)果。靜態(tài)分析的總體平衡方程定義為線性方程，因此分析類型選擇線性，網(wǎng)格類型采用的是實體網(wǎng)格olid45，并采用自由網(wǎng)格進行離散化。各部件的材料均為Q345B，其彈性模量EX=2.06×1011N/m2，泊松比NUXY=0.28，密度DENS=7850kg/m3，屈服強度SIGYLD=325MPa，根據(jù)起重機設(shè)計規(guī)范可知Q345B的許用應(yīng)力為230MPa。

現(xiàn)場測得主梁塑性變形后折彎部分下繞至水平線以下113mm，根據(jù)采集的塑性變形量利用ANSYS軟件反求其瞬間的沖擊載荷值，見圖6、7。

圖6 最大變形量云圖

圖7 求解載荷圖

根據(jù)軟件分析云圖顯示，該單主梁的中心位置所受的沖擊載荷為267000N，若鋼絲繩電動葫蘆不在中心位置，則沖擊載荷大于該結(jié)果數(shù)據(jù)，根據(jù)ANSYS軟件的分析，該起重機的塑性變形應(yīng)該是由于超載所致。

3 結(jié)語

有限元方法的發(fā)展與應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，本文利用了ANSYS軟件，根據(jù)起重機的實際工況，得到了該主梁變形失效的主要原因。

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