塔吊标准节连接有限元分析 - 图文

塔机标准节连接套有限元计算

作者：陶必松

内容提要：以塔机上的两个局部实体单元构造为例，运用有限元计算的方法，讨论刚性不足和应力集中对材料受力的影响，并在结构上提出相应的改进措施。并针对国外塔吊标准节连接进行了简要计算，以便于学习。

关键词：实体模型，载荷，有限元计算，应力集中，刚性。 1

引言

我国塔式起重机技术从测绘、引进技术开始的，逐渐具备了独立开发的能力。随着计算机和有限元计算分析技术的迅速发展，我国的塔式起重机设计能力普遍提高，将塔式起重机金属桁架结构的杆件简化为梁单元进行分析等，钢结构的设计技术日趋完善，但在细节结构设计方面还不够完善。在许多细节结构中，力学模型的简化由于受到计算复杂性的局限，应力集中和刚性对受力的影响等，使理论计算模型难以真实的反映实际结构的受力情况，往往会造成塔式起重机事故的产生。

我们都知道，在方管（或角钢扣方）塔身的主弦杆两端都焊有一件封板，我们一般认为该封板的作用是防止透水，角钢扣方的主弦杆中同时起到为两片角钢定位的作用。因此对于此封板在结构处理上不是很重视，随意的减小厚度，甚至不焊接此封板。但是实际上该封板起着十分重要的作用。下面以小塔机的连接套结构的四个有限元计算模型为例，比较有无封板对该局部结构的影响。

2 国内小塔吊连接套计算

2.1 有限元网格

网格的划分：网格均按60%网格密度自动划分；

约束：主弦杆的底端全部约束，主弦杆的顶端除Z向平动以外全部约束；主弦杆无连接套的侧面约束平动自由度；螺栓约束X、Y平动自由度和Z向转动自由度。

载荷：在螺栓的两端分别添加33.5吨的预紧力。主肢顶部施加拉力(反复计算取部件出现接近最大屈服应力的力施加)。实际上主弦杆的受力还包括弯矩和扭矩，在此做了简化。

计算模型由CAD绘制三维实体图形，绘图按1:1绘制，用algor导入并自动划分网格。

2.2 模型说明

共建立四个模型，并分别计算，模型如下：

模型一：无加强 模型二：封板加强

模型三：衬板加强 模型四：封板+衬板加强

2.3 有限元计算结果

2.3.1 无加强模型，在主弦杆顶部添加了42吨的拉力

整体位移图

整体Von-mises应力图

螺栓Von-mises应力图

局部Von-mises应力图

内部Von-mises应力图

2.3.4 封板+衬板加强模型，在主弦杆顶部添加了55吨的拉力

整体位移图

整体Von-mises应力图

螺栓Von-mises应力图

局部Von-mises应力图

内部Von-mises应力图

2.3.5 小结

模型一 模型二 模型三 模型四 应力 337.85 MPa 344.69 MPa 332.45 MPa 343.89 MPa 拉力 42t 48t 48t 55t 变形 0.51883mm 0.55265mm 0.58236mm 0.63274mm 预紧力 33.5t 33.5t 33.5t 33.5t 从应力角度来说，模型从劣到优排名为：模型一最差，且抗变形能力差；模型二与模型三相差不大，可根据实际情况选取加强方式；模型四的加强效果最好，但用料多，加工工序复杂。

以上是国内的小型塔吊标准节连接的有限元计算，以下是国外某中型塔机的标准节连接的有限元计算。

3 国外塔吊标准节连接

3.1 有限元网格

网格的划分：网格按50%网格密度自动划分；

约束：主弦杆的底端全部约束，主弦杆的顶端除Z向平动以外全部约束；主弦杆无连接套的侧面约束平动自由度；螺栓约束X、Y平动自由度和Z向转动自由度。

载荷：在螺栓的两端分别添加67.1吨的预紧力。主肢顶部施加拉力193吨。实际上主弦杆的受力还包括弯矩和扭矩，在此做了简化。

计算模型由CAD绘制三维实体图形，绘图按1:1绘制，用algor导入并自动划分网格。 3.2 模型说明

共建立一个模型，并计算，模型如下：

模型

3.3 有限元计算结果

整体位移图

整体Von-mises应力图

螺栓Von-mises应力图

局部Von-mises应力图

内部Von-mises应力图

3.4 小结

从这个计算模型来看，其整体应力均不超过材料屈服应力，但底部封板厚度很厚（57mm），对钢板Z向性能有较高要求；对焊接技术也具有很高的要求，此种连接方式在国内来说还是具有很大难度的。

标准节连接模型 4

总结

从小塔吊连接套的四个计算模型来看，由于在主弦杆底端增加封板，减少了结构上微观变形，主弦杆上局部的应力明显降低。这是一个明显的刚性不足影响应力的算例，在制作塔机的过程中应该引起广大的技术人员的注意。

塔式起重机有限元计算是一个极其复杂的工程，不仅仅是对计算软件应用问

应力 316.06 MPa 拉力 193t 变形 0.979611mm 预紧力 67.1t 题，更重要的是如何合理简化塔机结构，并根据塔机实际受力情况和设计规范要求添加载荷及载和组合，达到合理设计结构，合理利用材料的目的。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8gnv.html