ANSYS分析塔式起重機(jī)吊臂步驟

第二章ANSYS分析塔式起重機(jī)吊臂步驟沈陽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書PAGE65第二章ANSYS分析塔式起重機(jī)吊臂步驟2.1分析問題遇到要分析的問題時(shí)，通常要考慮該問題所在的學(xué)科領(lǐng)域、分析該問題所要達(dá)到的目標(biāo)等分析方案。需要考慮以下幾點(diǎn)：1、分析領(lǐng)域塔式起重機(jī)吊臂的力學(xué)分析屬于結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域。2、分析目標(biāo)利用ANSYS，根據(jù)起重特性曲線，計(jì)算變幅小車在不同位置時(shí)吊臂的受力情況，及拉桿的力。3、分析類型結(jié)構(gòu)線性靜力分析。4、分析細(xì)節(jié)的考慮（1）ANSYS中沒有定義單位，在應(yīng)用時(shí)，可以采用國際單位制。（2）在建立模型過程中，要考慮兩個(gè)下弦桿的相對位置。根據(jù)起重特性曲線，起重量沿臂端方向逐漸減小，因此由兩個(gè)等邊角鋼焊接成的方管的橫截面積也減小，同時(shí)要考慮到變幅小車在下弦桿上行走，故下弦的外廓面和上平面應(yīng)在同一平面內(nèi)。建模時(shí)應(yīng)用點(diǎn)和線，保證模型的連貫性，所以將整個(gè)吊臂變截面的下弦桿軸線放在同一水平線上，通過定義單元梁質(zhì)心的相對位置來保證外廓面和上平面在同一平面內(nèi)。（3）變幅小車及吊重可以通過集中力的形式加載到下弦桿上。（4）風(fēng)載荷加到關(guān)鍵點(diǎn)上。（5）吊臂自重通過慣性力施加。由于吊臂上安裝有其他設(shè)施，故總重比計(jì)算值偏大，這時(shí)需要增大密度，來模擬自重。（6）劃分網(wǎng)格時(shí)須注意，拉桿采用的LINK8單元只能承受拉力，所以分網(wǎng)時(shí)，一個(gè)單元只能分一段。吊臂采用BEAM188單元，分網(wǎng)時(shí)可以劃分2~3段。（7）在臂節(jié)連接處，實(shí)際是使用銷軸連接，在模型中進(jìn)行耦合來模擬銷軸連接。2.2建立K25/20塔式起重機(jī)吊臂模型吊臂的模型結(jié)構(gòu)比較簡單，只要在笛卡兒坐標(biāo)系中輸入各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置，然后將每個(gè)點(diǎn)連成直線即可。在建模前要對吊臂的形狀有一個(gè)全面的了解，然后列出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。下面是K25/20塔式起重機(jī)吊臂節(jié)點(diǎn)位置。1、節(jié)點(diǎn)編號及坐標(biāo)位置（mm）：第一節(jié)（10000mm）關(guān)鍵點(diǎn)編號XYZ1001163200036251100581.541250011635125000618751100581.572500011638250000931251100581.510375001163113750001243751100581.513500001163145000001556251100581.516625001163176250001868751100581.519750001163207500002181251100581.522875001163238750002493751100581.525100000116326100000027100001100581.5第二節(jié)（10000mm）28100000116329100000030100001100581.531106251100581.532112500116333112500034118751100581.535125000116336125000037131251100581.538137500116339137500040143751100581.541150000116342150000043156251100581.544162500116345162500046168751100581.547175000116348175000049181251100581.550187500116351187500052193751100581.553200000116354200000055200001100581.5第三節(jié)(10000mm)56200000116357200000058200001100581.559206251100581.560212500116361212500062218751100581.563225000116364225000065231251100581.566237500116367237500068243751100581.569250000116370250000071256251100581.572262500116373262500074268751100581.575275000116376275000077281251100581.578287500116379287500080293751100581.581300000116382300000083300001100581.5第四節(jié)（10000mm）84300000116385300000086300001100581.587306251100581.588312500116389312500090318751100581.591325000116392325000093331251100581.594337500116395337500096343751100581.597350000116398350000099356251100581.510036250011631013625000102368751100581.510337500011631043750000105381251100581.510638750011631073875000108393751100581.510940000011631104000000111400001100581.5第五節(jié)（5000mm）11240000011631134000000114400001100581.5115406251100581.511641250011631174125000118418751100581.511942500011631204250000121431251100581.512243750011631234375000124443751100581.512545000011631264500000127450001100581.5第六節(jié)（5000mm）12845000011631294500000130450001100581.5131456251100581.513246250011631334625000134468751100581.513547500011631364750000137481251100581.513848750011631394875000140493751100581.514150000011631425000000143500001100581.5第七節(jié)（5625mm）14450000011631455000000146500001100581.5147506251100581.514851250011631495125000150518751100581.515152500011631525250000153531251100581.515453750011631555375000156543751100581.515755000011631585500000159555001100581.516056000011631615600000162560001100581.5臂端（625mm）1635662501163164566250016556625-210016656625-210381.516756625-210781.516856625-2101163拉桿端點(diǎn)169-16946792581.5拉桿吊點(diǎn)37131251100581.5118418751100581.5第一節(jié)兩點(diǎn)1700036017100803變幅小車集中載荷作用點(diǎn)172705001163173705000174795001163175795000176145500116317714550001781545001163179154500018028925011631812892500182298250116318329825001845510001163185551000018656000011631875600000在定義的關(guān)鍵點(diǎn)中，吊臂每節(jié)后三個(gè)點(diǎn)和下一節(jié)前三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)相同，用來進(jìn)行耦合處理。點(diǎn)擊Mainmenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoint>InactiveCS進(jìn)入Createkeypointsinactivecoordinatesystem對話框。如圖2-1所示：圖2-1對話框第一行是關(guān)鍵點(diǎn)編號，如果不輸入，ANSYS按照默認(rèn)值自動(dòng)編號。建議建模時(shí)自己手動(dòng)編號，方便以后查詢。按上面表格輸入關(guān)鍵點(diǎn)如圖2-2所示：圖2-2這時(shí)可以打開關(guān)鍵點(diǎn)編號選項(xiàng)，顯示編號。通用菜單UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering，如圖2-3所示。打開PlotNumberingControls對話框，打開關(guān)鍵點(diǎn)編號Keypointnummber，點(diǎn)OK關(guān)閉該對話框。如圖2-4所示：圖2-3圖2-4必要時(shí)可以點(diǎn)擊Help按鈕查看幫助。打開編號后用戶圖形界面里顯示關(guān)鍵點(diǎn)及其編號，如圖2-5所示：圖2-52、連接關(guān)鍵點(diǎn)成直線點(diǎn)擊Mainmenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>StraightLines，進(jìn)入CreateSraightLines對話框。如圖2-6所示：圖2-6屏幕中出現(xiàn)黑色箭頭，依次拾取相臨關(guān)鍵點(diǎn)，被拾取的點(diǎn)以黃色小方框顯示，使之連成直線，一次只能連接一條直線，點(diǎn)OK關(guān)閉該對話框。若選錯(cuò)或者要放棄已經(jīng)選取的點(diǎn)，只要點(diǎn)鼠標(biāo)右鍵，這時(shí)黑色箭頭方向朝下，點(diǎn)要取消的點(diǎn)就可以了，再點(diǎn)鼠標(biāo)右鍵，黑色箭頭恢復(fù)朝上，可以繼續(xù)選取想要的點(diǎn)。直線操作中也是如此。在連接兩點(diǎn)過程中，如果不顯示關(guān)鍵點(diǎn)只顯示已經(jīng)連接出的直線時(shí)，可以使用UtilityMenu>Plot>Keypoint，來顯示關(guān)鍵點(diǎn)，然后繼續(xù)連接直線。也可以使用UtilityMenu>Plot>Lines來顯示直線。在臂節(jié)連接處，因?yàn)橛兄睾系年P(guān)鍵點(diǎn)，所以選取時(shí)會彈出一個(gè)對話框，如圖2-7所示。這個(gè)對話框的功能是詢問你，在重合的兩個(gè)點(diǎn)中，你要選取哪一點(diǎn)。點(diǎn)NEXT鍵可以在互相重合的兩點(diǎn)間切換，當(dāng)對話框中PickedKeypointisXX（關(guān)鍵點(diǎn)編號），是所要選取的點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)擊OK退出。在臂節(jié)連接處有六個(gè)點(diǎn)，六條線。進(jìn)行耦合后，由于將三個(gè)點(diǎn)的所有自由度都相關(guān)連，所以就變成三個(gè)點(diǎn)，三條線。建議先將所有的上弦桿連出來，然后將前面一排的下弦桿連出來，再連后面排的下弦桿，再將斜珩架斜腹桿連出來，再連接斜珩架的水平腹桿，再連接水平珩架的斜腹桿，最后連接斜珩架的水平腹桿。這個(gè)操作可以保證線單元編號有序連貫，方便查詢。圖2-7注意：在ANSYS中，點(diǎn)屬于直線，要?jiǎng)h除線上的點(diǎn)，必須先刪除這條直線。在連接點(diǎn)時(shí)，不可以跨過一點(diǎn)連這點(diǎn)兩邊的點(diǎn)，否則此點(diǎn)不在生成的直線上，并且在劃分完網(wǎng)格之后不能再修改模型，比如添加或刪除關(guān)鍵點(diǎn)或直線。還需注意的是，變幅小車以集中載荷的方式作用在下弦桿上，為方便以后加載，在建立模型時(shí)就考慮小車加載的位置，創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)，將小車的作用點(diǎn)也創(chuàng)建成關(guān)鍵點(diǎn)，加載時(shí)就可以將吊重及小車自重施加到相應(yīng)的位置上，因此，在關(guān)鍵點(diǎn)列表中，我將小車所在的幾個(gè)特殊位置全創(chuàng)建了關(guān)鍵點(diǎn)，這樣一個(gè)模型可以計(jì)算多種工況。連接直線后如圖2-8所示：圖2-8到此就完成了模型的創(chuàng)建。3、在ANSYS中用耦合來模擬實(shí)際吊臂節(jié)與節(jié)之間的鉸接。在模型創(chuàng)建完成后，將接頭處的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行藕荷（這個(gè)操作必須在模型創(chuàng)建完成后，劃分網(wǎng)格之前）。圖2-9在工具欄旁的input窗口輸入耦合命令：nummrg,kp,1.0e-4，點(diǎn)回車。如上圖2-9所示位置。4、定義單元類型選擇單元類型：臂架BEAM188，拉桿LINK8。如圖2-10所示：圖2-10點(diǎn)擊Mainmenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete，進(jìn)入ElementType對話框，點(diǎn)擊Add按鈕，彈出LibraryofElementTypes對話框，該對話框共有4個(gè)窗口。在左邊窗口中選則BEAM，右邊窗口中選擇2node188，左下方是所選單元類型編號為1。ANSYS會自動(dòng)默認(rèn)向下排號。在劃分網(wǎng)格選擇材料時(shí)會用到，所以必須記住所定義的單元類型編號。選擇第一個(gè)單元后點(diǎn)擊Apply按鈕，開始選擇第二個(gè)單元，左邊窗口選擇Link，右邊窗口選擇spar8,單元類型編號是2。如圖2-11所示，點(diǎn)擊OK關(guān)閉該對話框。圖2-115、定義實(shí)常數(shù)BEAM188單元不需要實(shí)常數(shù)。LINK8單元需要輸入實(shí)常數(shù)橫截面積，拉桿材料為48號圓鋼，橫截面積為1810mm2。點(diǎn)擊Mainmenu>Preprocessor>RealConstant>Add/Edit/Delete,進(jìn)入RealConstant（圖2-13）對話框，如圖2-12所示。點(diǎn)擊Add按鈕，彈出ElementTypeofRealConstant對話框，如圖2-14所示，點(diǎn)LINK8使之變成藍(lán)色，點(diǎn)擊OK，彈出RealConstantSetNumber1，forLINK8對話框，如圖2-15所示。在AREA欄中填拉桿的橫截面積。圖2-12圖2-13圖2-14圖2-156、定義材料特性點(diǎn)擊Mainmenu>Preprocessor>MaterialModels，彈出DefineMaterialModelBehavior對話框，這是一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)，如圖2-16所示，雙擊Structural>Linear>Elastic>Isotropic，彈出LinearIsotropicPropertiesforMaterialModelsBehavior對話框，如圖2-17所示。EX是楊氏彈性模量210000，PRXY是泊松比0.3。ANSYS中會自動(dòng)對所定義的材料特性進(jìn)行編號，在左邊窗口顯示剛才定義的材料特性編號是1。由于在前面的幾步中，我們都將BEAM188相關(guān)的編號選擇為1，因此在材料特性中也將為BEAM188的特性編號定義為1。圖2-16.圖2-17然后回到DefineMaterialModelBehavior中雙擊Structural>Density，彈出DensityforMaterialNumber1對話框，輸入密度9.39E-6（在2.1.4分析細(xì)節(jié)的考慮中提到過，要增大吊臂的密度來模擬實(shí)際中吊臂的重量，因此將密度增大，就相當(dāng)于增大重量），如圖2-18所示。這時(shí)就完成了對編號為1的BEAM188單元材料特性的定義。圖2-18再點(diǎn)擊DefineMaterialModelBehavior對話框工具欄上的Material標(biāo)簽，在下拉菜單中點(diǎn)擊NewModel，如入2-19所示。彈出DifineMaterialID對話框，輸入材料特性的ID即編號為2，如圖2-20。定義LINK8單元的特性。過程與上述相同，輸入楊氏彈性模量210000，泊松比0.3，密度7.86e-6。圖2-19圖2-207、定義截面性質(zhì)吊臂使用的是BEAM188單元，不需要輸入實(shí)常數(shù)，但是要求定義截面形狀。下表為吊臂每節(jié)鋼材型號。臂架參數(shù)：（單位：mm）Ⅰ、Ⅱ節(jié)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ節(jié)Ⅵ、Ⅶ節(jié)上弦桿型號1：￠83×106：￠83×1011：￠68×6下弦桿型號2：80×87、16：70×712、17：63×5斜珩架斜腹桿型號3：￠48×3.58：￠42×313：￠32×3水平珩架斜腹桿型號4：￠42×3.69：￠32×314：￠28×3水平珩架水平桿型號5：￠32×310：￠28×315：￠28×3在2.1.4分析細(xì)節(jié)的考慮中提到過，要更改單元梁質(zhì)心的相對位置來保證外廓面和上平面在同一平面內(nèi)。這個(gè)可以在定義梁的截面形狀時(shí)更改梁單元的節(jié)點(diǎn)位置到指定位置。MainMenu>Preprocessor>Sections>Beam>CommonSections，彈出對話框BeamTool，定義梁截面工具，如圖2-21。ID為截面編號，在臂架參數(shù)表格中已經(jīng)排列出順序。Sub-Type是一個(gè)下拉框，在下拉框中可以選擇截面形狀。OffsetTo是偏移梁的位置，也是一個(gè)下拉框，在下拉框中可以選擇偏移對象，這個(gè)只在偏移下弦時(shí)有用。上弦桿是變截面，軸線在同一水平線上，不需要偏移。兩個(gè)下弦桿必須保證外廓面和上平面。偏移量的計(jì)算：沿著X軸看過去，大的矩形框是第一、二節(jié)下弦，小的矩形框在大矩形框的后面，是三、四、五節(jié)的下弦。設(shè)定X軸是878的下弦的軸線，原點(diǎn)在大矩形框的中心，左下角點(diǎn)的位置在-Y=43.5，-Z=43.5。767梁左下角點(diǎn)的位置在-Y=36，-Z=36，偏移767梁的左下角點(diǎn)到-Y=32.5，-Z=32.5，同理偏移其他下弦。7號單元——在原有基礎(chǔ)上偏移offset-Y=32.5,offset-Z=32.516號單元——在原有基礎(chǔ)上偏移offset-Y=32.5,offset-Z=43.512號單元——在原有基礎(chǔ)上偏移offset-Y=23.5,offset-Z=23.517號單元——在原有基礎(chǔ)上偏移offset-Y=23.5,offset-Z=43.5圖2-21截面形狀輸入：18號單元——為臂端底部腹桿圓管、頂部彎管￠38×319號單元——為臂端邊緣為槽鋼+鋼板，槽鋼型號12.6（h=126mm,b=53mm,厚度5.5mm和9mm、9mm）,鋼板厚度8mm，寬度118mm。W1=53,W2=126,t1=5.5,t2=8,t3=9，t4=9。8、劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格是整個(gè)建模過程中最復(fù)雜，耗時(shí)最長的工作。它與前面定義的單元類型編號，實(shí)常數(shù)編號，材料特性編號，以及截面形狀編號都有關(guān)系。打開劃分網(wǎng)格工具M(jìn)ainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool，彈出MeshTool對話框。如圖2-22所示：圖2-22（1）MeshTool對話框中，如圖2-23，最上面ElementsAtrributes是一個(gè)下拉列表，在這里可以選擇要?jiǎng)澐謱ο蟮念愋停x擇Line，然后點(diǎn)擊旁邊的Set按鈕，會彈出一個(gè)LineAtrributes窗口，提示你選擇要定義屬性的線單元。鼠標(biāo)變成黑色箭頭，在用戶圖形界面窗口中拾取要定義的線，然后點(diǎn)擊這個(gè)窗口中的OK，彈出一個(gè)窗口，如圖2-24所示。圖2-23圖2-24在Materialnumber下拉列表框中選擇所選中的線的材料特性編號，在前一步選取直線時(shí)，選擇吊臂上的線選材料編號為1；選擇兩個(gè)拉桿時(shí)，選擇材料編號為2。在Realconstantsetnumber下拉列表框中選擇所選中線的實(shí)常數(shù)編號，這個(gè)對于BEAM188單元沒有意義，所以可以不選，它也不會影響B(tài)EAM單元的性質(zhì)。在Elementtypenumber下拉列表框中選擇單元類型編號，有兩種，1號是BEAM188，2號是LINK8，一定要注意單元類型的選擇，而且該項(xiàng)必須選。在Elementsection下拉列表框中選擇選中線的梁單元的截面特性，這個(gè)只在劃分吊臂即BEAM188單元的網(wǎng)格時(shí)用到，劃分拉桿即LINK8單元的網(wǎng)格時(shí)不需要選擇。選擇完成后點(diǎn)OK。這就完成了對有限元模型中線的材料特性、實(shí)常數(shù)、單元類型編號、截面特性編號的定義。必須按照選取的線的特性來選擇這個(gè)對話框的內(nèi)容，這樣才能保證將這個(gè)線單元定義成所需的實(shí)體。做這步必須細(xì)心。（2）再打開MeshTool對話框，選擇中間部分SizeControls中，Lines欄中的Set按鈕，彈出ElementSizeonLines對話框，這時(shí)鼠標(biāo)變成黑色箭頭，將上一步中已經(jīng)選取過的線再選一遍，點(diǎn)OK，彈出ElementSizeonPickedLines對話框，如圖2-25所示。這個(gè)對話框的功能是定義所選的線分網(wǎng)密度，BEAM188單元可以分為2-3段，LINK8單元必須只能分為1段，因?yàn)檫@個(gè)單元只能承受拉力。在對話框的第二項(xiàng)No.ofelementdivisions中輸入2（如果劃分的線是LINK8單元?jiǎng)t輸入1）。然后點(diǎn)OK關(guān)閉對話框。圖2-25（3）再打開MeshTool工具欄中，點(diǎn)mesh按鈕，彈出meshline對話框如圖2-26所示。鼠標(biāo)變?yōu)楹谏^。選取前兩步所選擇的直線，點(diǎn)OK，關(guān)閉對話框。經(jīng)過三步完成對一條直線的分網(wǎng)過程，這時(shí)打開單元顯示，就能看見所定義的BEAM188梁的實(shí)體外形。重復(fù)這三步，直至將整個(gè)模型劃分完畢，需要時(shí)間比較長。對于單元類型、實(shí)常數(shù)、材料特性、截面形狀編號相同的直線可以一次性選取，然后進(jìn)行上述三步操作。圖2-26打開單元顯示，查看劃分完網(wǎng)格后模型狀態(tài)。UtilityMenu>PlotCtrls>Style>SizeandShape…，如圖2-27。彈出SizeandShape對話框，如圖2-28，將Displayofelementshapesbasedonrealconstantdescriptions開關(guān)打開，如圖：圖2-27圖2-28點(diǎn)OK關(guān)閉。然后再點(diǎn)Utility>Plot>Elements，如圖2-29。這時(shí)就會顯示實(shí)體模型。簡單介紹Plot菜單，RePlot是刷新圖形窗口，Keypoint是顯示關(guān)鍵點(diǎn)，Lines顯示直線，Element是顯示單元（只有在網(wǎng)格劃分后才能顯示出）。圖2-29第一節(jié)：節(jié)和節(jié)的連接處：實(shí)際中吊臂節(jié)與節(jié)之間的連接用的是耳板鉸接，在ANSYS模型中通過耦合來模擬實(shí)際情況中的鉸接。下弦桿在截面變化處的銜接：臂端結(jié)構(gòu)：2.3定義約束在實(shí)際情況中，吊臂的上鉸點(diǎn)通過銷軸連接到塔身，可以繞Z軸旋轉(zhuǎn)。拉桿固定在塔頂。因此，對拉桿的約束是全約束，6個(gè)自由度；對吊臂上鉸點(diǎn)約束5個(gè)自由度。MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnKeypoints，彈出Apply，U，ROTonKPs對話框，如圖2-30所示。圖2-30鼠標(biāo)變成黑色箭頭，在圖形窗口中拾取拉桿的一端，或者在對話框的輸入窗口中輸入拾取的關(guān)鍵點(diǎn)的編號，點(diǎn)OK。彈出ApplyU,ROT,onKPs對話框，選擇ALLDOF。如圖2-31所示。點(diǎn)Apply，開始對吊臂上鉸點(diǎn)進(jìn)行約束。圖2-31點(diǎn)Apply后，鼠標(biāo)又變成黑色箭頭，選取吊臂的兩個(gè)上鉸點(diǎn)或輸入兩個(gè)上鉸點(diǎn)的編號，點(diǎn)拾取對話框中的OK，彈出ApplyU,ROT,onKPs對話框，選擇UX、UY、UZ、ROTX、ROTY，點(diǎn)OK關(guān)閉對話框。如圖2-32所示：圖2-32這時(shí)完成了對模型的邊界約束，如圖2-33。在施加載荷時(shí)，為了方便觀察和拾取關(guān)鍵點(diǎn)，可以關(guān)閉單元，顯示線。圖2-332.4施加載荷吊臂上作用的載荷有自重載荷、起升載荷、風(fēng)載荷和水平慣性力載荷。風(fēng)載荷是作用在臂架上的風(fēng)載荷和作用在重物上的風(fēng)載荷的總和，根據(jù)小車在不同位置，吊重不同，作用在重物上的風(fēng)載荷也不同。1、自重載荷G自重載荷指除起升載荷外起重機(jī)各部分的總重量（不是質(zhì)量，在此以N計(jì)），它包括結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、電氣設(shè)備、以及附設(shè)在起重機(jī)上的存?zhèn)}等的重力。自重載荷屬于慣性載荷，通過前面已經(jīng)定義的密度，再定義重力加速度即可計(jì)算出自重。定義重力加速度的步驟如下：MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Inertia>Gravity，彈出Apply（Gravitational）Acceleration對話框。在ANSYS的總體坐標(biāo)系中，Y軸是垂直方向，由于重力向下，因此重力加速度的方向向上。在對話框的第二欄Y方向的重力加速度中，添9.8。點(diǎn)OK關(guān)閉該對話框。注意：這里定義重力加速度用的單位是m/s2，而不是mm/s2，而前面定義長度和密度時(shí)用的長度單位都是mm。這是因?yàn)橘|(zhì)量的單位采用的是kg，而質(zhì)量單位和重力加速度單位的乘積是力的單位（采用N），所以重力加速度的單位采用m/s2，而不是mm/s2。如圖2-34：圖2-34定義完重力加速度后窗口顯示如圖2-35，在原點(diǎn)Y軸方向有一個(gè)紅色向上的箭頭，表示重力加速度。在窗口的左上角，顯示紅色的ACEL，表示在模型上添加了一個(gè)重力加速度載荷。圖2-352、起升載荷：起升載荷指起升質(zhì)量的重力（以N計(jì)），起升質(zhì)量包括允許起升的最大有效物品、取物裝置（下滑輪組、吊鉤、吊梁、抓斗、容器、其重電磁鐵等）、懸掛撓性件及其它在升降中的設(shè)備的質(zhì)量。起升動(dòng)載系數(shù)。起升質(zhì)量離地起升或下降制動(dòng)時(shí)，對承載結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生附加的動(dòng)載荷作用。在考慮這種工作情況的載荷組合時(shí)，應(yīng)將起升載荷乘以大于1的起升載荷動(dòng)載系數(shù)。在此取=1.25。起升載荷是吊重質(zhì)量乘以起升動(dòng)載系數(shù)、小車、吊鉤的質(zhì)量總和（乘以9.8），通過起重特性曲線求出在7.5m，15m，29.375m，56m處的吊重，然后加上小車和吊鉤的質(zhì)量形成集中載荷，作用在下弦桿上。按移動(dòng)載荷對上鉸點(diǎn)的力矩值分析計(jì)算起重特性曲線（采用機(jī)械式力矩限制器）。標(biāo)定：56m處起重量為1300kg，即考慮小車質(zhì)量Gc=182kg，吊具質(zhì)量q=147kg，則這一幅度的活動(dòng)載荷對上鉸點(diǎn)的力矩為。由于力矩限制器的作用，在其他幅度時(shí)，對上鉸點(diǎn)的力矩也應(yīng)為。所以，由此得起重特性方程為式中：——起重機(jī)額定起重量，6000kg；——標(biāo)定起重力矩，80tm；——小車質(zhì)量，182kg；——吊鉤質(zhì)量，147kg；——基本臂最大幅度，56m；——上鉸點(diǎn)到回轉(zhuǎn)中心的距離；0.58m?！苓_(dá)到的最大幅度。==14.844m（1）在R=7.5m處則作用到下弦桿的集中力為：N分布到4個(gè)輪，每個(gè)輪所在位置N（2）在R=15m處==5931.692kg則作用到下弦桿的集中力為分布到四個(gè)輪，每個(gè)輪所在位置（3）在R=29.375m處==2806.238kg則作用到下弦桿的集中力為分布到四個(gè)輪，每個(gè)輪所在位置（4）在R=56m處==1300kg則作用到下弦桿的集中力為分布到四個(gè)輪，每個(gè)輪所在位置起升載荷按照集中載荷的形式施加到吊臂的下弦上，施加集中載荷的關(guān)鍵點(diǎn)在建立模型的過程中已經(jīng)定義，可以直接使用。施加集中載荷的方法如下：MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnKeypoints，彈出ApplyF/MOnKeypoints對話框。這是鼠標(biāo)變成黑色箭頭，可以在窗口中拾取要施加集中載荷的位置，即拾取施加集中載荷的關(guān)鍵點(diǎn)，被拾取的關(guān)鍵點(diǎn)以黃色小方框顯示。如圖2-36所示。圖2-36點(diǎn)OK，彈出ApplyF/MOnKeypoints對話框，如圖2-37所示。在第一行Directionoffoce/mom欄中，是一個(gè)下拉列表，可以選擇施加的集中載荷的方向，F(xiàn)X是沿X軸方向的集中力，F(xiàn)Y是沿Y軸方向的集中力，F(xiàn)Z是沿Z軸方向的集中力，MX是繞X軸的彎矩，MY是繞Y軸的彎矩，MZ是繞Z軸的彎矩。第二個(gè)下拉列表選擇Constantvalue，表示集中力或彎矩以實(shí)數(shù)的形式輸入。以在56m處吊重為例，在下弦上車輪的四個(gè)作用點(diǎn)處，有沿著Y軸反方向的集中力，大小為4787.3N。因此在集中力方向的下拉列表中選擇FY，在Force/momentvalue欄中添-4787.3。負(fù)號表示沿Y軸反方向。點(diǎn)OK關(guān)閉對話框。圖2-37施加集中載荷后的窗口顯示如圖2-38。在臂端處有四個(gè)紅色沿Y軸反方向的箭頭，表示四個(gè)集中力。在窗口的左上角，多了一個(gè)紅色的F，表示在模型上施加了集中力載荷。圖2-383、風(fēng)載荷露天工作的起重機(jī)應(yīng)考慮風(fēng)載荷，并認(rèn)為風(fēng)載荷是一種沿任意方向的水平力。起重機(jī)風(fēng)載荷分為工作狀態(tài)風(fēng)載荷和非工作狀態(tài)風(fēng)載荷。工作狀態(tài)風(fēng)載荷是起重機(jī)在正常工作情況下能承受的最大計(jì)算風(fēng)力。非工作狀態(tài)風(fēng)載荷是起重機(jī)非工作狀態(tài)下說受的最大計(jì)算風(fēng)力（如包風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)力）。風(fēng)載荷按下式進(jìn)行計(jì)算：式中：——作用在起重機(jī)上或重物上的風(fēng)載荷（N）；C——風(fēng)力系數(shù)；——風(fēng)壓高度系數(shù)；——計(jì)算風(fēng)壓（N/m2）；A——起重機(jī)或物品垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積（m2）。（1）計(jì)算風(fēng)壓q計(jì)算風(fēng)壓規(guī)定為按空曠地區(qū)離地10m高度處的計(jì)算風(fēng)速來確定。工作狀態(tài)的計(jì)算風(fēng)速按陣風(fēng)風(fēng)速（即瞬時(shí)風(fēng)速）考慮，非工作狀態(tài)的計(jì)算風(fēng)速按2分鐘時(shí)距的平均風(fēng)速考慮。計(jì)算風(fēng)壓分三種：、、qⅢ。是起重機(jī)正常工作狀態(tài)下最大計(jì)算風(fēng)壓，用于選擇電動(dòng)機(jī)功率的阻力計(jì)算及機(jī)構(gòu)零部件的發(fā)熱驗(yàn)算；是起重機(jī)工作狀態(tài)最大計(jì)算風(fēng)壓，用于計(jì)算機(jī)構(gòu)零部件和金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛性幾穩(wěn)定性；qⅢ是起重機(jī)非工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓，用于驗(yàn)算此時(shí)起重機(jī)機(jī)構(gòu)零部件及金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、整機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性和起重機(jī)的防風(fēng)抗滑安全裝置和錨定裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算。在此，我們考慮的是工作狀態(tài)下，機(jī)構(gòu)零部件和金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，因此選用，查《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T13752—92，取=250N/m2。（2）風(fēng)壓高度變化系數(shù)起重機(jī)的工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓不考慮高度變化，取=1。所有起重機(jī)的非工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓均需考慮高度變化。（3）風(fēng)力系數(shù)C下弦桿為方形鋼管，腹桿為圓管的三角形截面空間珩架，在側(cè)向風(fēng)力作用下，其風(fēng)力系數(shù)C可取1.3。（4）迎風(fēng)面積A的計(jì)算：（a）吊重迎風(fēng)面積應(yīng)按其實(shí)際輪廓尺寸在垂直于風(fēng)向平面上的投影來決定。物品的輪廓尺寸不明顯時(shí)，允許采用近似方法加以估算。吊重迎風(fēng)面積的近似估計(jì)值（部分）吊重質(zhì)量（t）12358迎風(fēng)面積（m2）12356利用插值計(jì)算的方法計(jì)算在7.5m、15m、29.375m、56m處吊重的迎風(fēng)面積。Ⅰ、在7.5m處，吊重6000kg，即6噸A=5.333Ⅱ、在15m處，吊重5931.692kg，即5.931tA=5.310Ⅲ、在29.375m處，吊重2806.238kg，即2.806tA=2.806Ⅳ、在56m處，吊重1300kg，即1.3tA=1.3（b）吊臂的迎風(fēng)面積Ⅰ、第一、二節(jié)吊臂的迎風(fēng)面積：上弦桿，下弦桿，斜腹桿，長度1239mm，節(jié)間連接處的水平腹桿，長度1152。迎風(fēng)面積等于上弦桿、下弦桿和斜腹桿及水平腹桿的面積總和。Ⅱ、第三、四、五節(jié)吊臂的迎風(fēng)面積：上弦桿，下弦桿，斜腹桿，長度，節(jié)間連接處的水平腹桿，長度1162。迎風(fēng)面積等于上弦桿、下弦桿和斜腹桿及水平腹桿的面積總和。Ⅲ、第六、七節(jié)吊臂的迎風(fēng)面積：上弦桿，下弦桿，斜腹桿，長度，節(jié)間連接處的水平腹桿，長度1170。迎風(fēng)面積等于上弦桿、下弦桿和斜腹桿及水平腹桿的面積總和。整個(gè)吊臂的總面積：（c）計(jì)算小車在四個(gè)位置的風(fēng)載荷：Ⅰ、在7.5處吊重的迎風(fēng)面積5.333，吊臂的迎風(fēng)面積19.559，總的迎風(fēng)面積。根據(jù)，得：Ⅱ、在15處吊重的迎風(fēng)面積5.310，吊臂的迎風(fēng)面積19.559，總的迎風(fēng)面積。根據(jù)，得：Ⅲ、在29.375處吊重的迎風(fēng)面積2.806，吊臂的迎風(fēng)面積19.559，總的迎風(fēng)面積。根據(jù)，得：Ⅳ、在56處吊重的迎風(fēng)面積1.3，吊臂的迎風(fēng)面積19.559，總的迎風(fēng)面積。根據(jù)，得：（d）施加風(fēng)載荷到模型風(fēng)載荷作用在吊臂的迎風(fēng)面上，理論上是均布載荷，在模型中，將這個(gè)均布載荷等效成集中載荷，作用在吊臂迎風(fēng)面的所有節(jié)點(diǎn)上。在吊臂的迎風(fēng)面上（即模型的前視圖）有100個(gè)節(jié)點(diǎn)，將風(fēng)載荷平分成100份，以集中載荷的形式施加到吊臂迎風(fēng)面的節(jié)點(diǎn)上。MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnKeypoints，彈出ApplyF/MOnKeypoints對話框。這是鼠標(biāo)變成黑色箭頭，可以在窗口中拾取要施加集中載荷的位置，即拾取施加集中載荷的關(guān)鍵點(diǎn)，被拾取的關(guān)鍵點(diǎn)以黃色小方框顯示。如圖2-39所示。圖2-39拾取完吊臂迎風(fēng)面上100個(gè)點(diǎn)后，單擊ApplyF/MOnKeypoints對話框中的OK，彈出ApplyF/MOnKeypoints窗口，在窗口中選擇施加的風(fēng)載荷的方向和大小。以在56處吊重為例，風(fēng)載荷是沿任意方向的水平力，在載荷方向中選擇FZ，在56處的計(jì)算風(fēng)載荷為6779.175，分布到100個(gè)節(jié)點(diǎn)上，為67.79175，負(fù)號表示沿Z軸反方向作用。如圖2-40圖2-40施加完風(fēng)載荷模型如圖2-41所示。圖2-414、水平慣性載荷吊臂本身具有一定的質(zhì)量，在回轉(zhuǎn)起、制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生慣性力，慣性力沿吊臂方向分布，越向臂端，慣性力越大，對吊臂根部產(chǎn)生的彎矩越大。因此根據(jù)吊臂每節(jié)的質(zhì)量，計(jì)算出吊臂每節(jié)上的慣性力，然后平均分布到吊臂每節(jié)的節(jié)點(diǎn)上，用靜態(tài)載荷模擬吊臂回轉(zhuǎn)啟動(dòng)加速時(shí)產(chǎn)生的水平慣性載荷。下圖為水平慣性力在吊臂上的分布圖：水平回轉(zhuǎn)慣性力計(jì)算公式：式中：——每節(jié)吊臂的質(zhì)量，；——啟動(dòng)時(shí)吊臂的回轉(zhuǎn)角加速度，；——每節(jié)吊臂重心到回轉(zhuǎn)中心的距離，?！醣刍剞D(zhuǎn)時(shí)的角速度，；——吊臂回轉(zhuǎn)時(shí)啟動(dòng)加速時(shí)間，。Ⅰ、計(jì)算第一節(jié)