基于有限元的组合式臂架等效惯性矩计算方法研究.pdf

甚于有限元的组合式臂架
等效惯性矩计算方法研究
孙丽崔丹丹
徐工集团工程机槭股份有限公司建设杌械分公司徐州221004
摘要:提出基于有限元的组合式臂架等效惯性矩的计算方法,将变刚度组合构件的稳定性计算转化成等
刚度构件的等效计算,由此推算出组合构件的等效欧拉临界载荷,得出的屈曲稳定性系数理论数值与有限元屈
曲分析得出的屈曲系数相一致,并通过现场试验测试,验证本计算方法的正确性。
关键词:组合式臂架;变刚度;有限元;等效惯性矩;屈曲稳定性
中图分类号:TH21文献标识码:A文章编号:1001-0785(2015)02-0043-05
Abstract The paper puts forward the calculation method of equivalent inertia moment of combined boom based on fi-
nite element, to convert the stability calculation of variable-ri dity combined component into the equivalent calculation of
constant-rigidity component, hence to figure out the equivalent Euler critical load of the combined component As a result
the theoretical value of buckling stability coefficient is consistent with the bulking coefficient through finite element bulking
analysis. The calculation method is verified for its correctness through site test.
Keywords: combined boom; variable rigidity; finite element; equivalent inertia moment; buckling stability
臂架系统是起重设备重要的部件之一,随着杆,两侧单臂被稳定地连接在一起,该种形式的
起重机的超大型化发展,各种组合式臂架陆续出双臂可以作为整体来进行分析,其截面形式如
现,变壁厚组合形式、平行双臂组合形式、A形剖面A-A,按照组合构件截面惯性矩的计算理
双臂形式、单双臂混合形式等都在不同程度上提论,主弦杆1~8分别对整个截面的中心轴Y轴
高了架的承载能力。理论上对于这种变刚度组取矩,得到该截面回转平面内相对于Y轴的惯
合形式构件稳定性的计算只能采用微分方法,刚性矩为
度变化次数等同于微分方程个数,对于超越方程
的求解,手册中一般也只列出个别数值结果,其
2)×4+A
4+8
复杂程度可想而知。本文针对这种组合式变刚度
臂架形式,提出采用有限元计算组合构件等效惯
性矩的方法,将变刚度组合构件稳定性计算转化
式中:Aェ为主弦杆截面积,生为主弦杆对自
为等刚度构件的等效计算,具有实际推广价值
身中心轴的惯性矩,1为内侧主弦杆之间的距离,
并通过现场试验验证结果的正确性。
l2为外侧主弦杆之间的距离。
图2所示的组合形式之间没有布置连接腹杆,
1理论分析
以平行双臂组合形式
为代表来理论分析,双臂
是由左右两侧单臂组合而
成,图1所示的组合形式
1.外侧主弦杆2.连接腹杄3.内侧主弦杆
之间布置很密集的连接腹
图1双臂组合形式I
*国家高技术研究发展计划(863计划项目)资助、四吨级超大履带起重机关键技术研究与应用(2012AO41804)
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杄布置。而针对这种形式的双臂其截面惯性矩的
计算目前还没有很明确的描述,它是介于以上2
种形式之间,但加权系数取多少是根据腹杆布置
的不同而变化的,结果不容易量化。根据铁木辛
柯的弹性稳定理论,这种归属于变截面形式的臂
架,按照刚度变化次数,分别列出微分方程来精
确计算,而针对超越方程,通常很难得到精确的
1.外侧主弦杆2.内侧主弦杆
数值计算结果,其复杂程度并不适用在实际应用
图2双臂组合形式Ⅱ
中。工程上有直接按式(1)来模拟计算的,很明
显这是偏危险的取值方法
工作时两侧单臂分别单独受力,之间无影响,因
此,该种形式的双臂不能作为整体来分析,只是2模型建立
当作2个单臂之和,其截面形式如剖面B-B,主
针对以上理论分析,经过反复对比计算,采
弦杆1、2、5、6和3、4、7、8分别对单臂自身的用有限元法计算变刚度臂架的等效惯性矩,将变
中心轴取矩,得到该截面回转平面内相对于Y轴刚度组合构件稳定性计算转化成等刚度构件的等
的惯性矩为
效计算。以120m臂长,延全长采用变壁厚变刚度
布置的组合臂架形式作为研究对象,如图4所示
4?ュ主
臂节刚度从1~4节递减,在臂头处加载200kN的
式中:ム为单侧截面内2主弦杆之间的距离。侧向载荷,计算回转平面内的等效馈性矩,有限
图3所示的组合形式之间布置少量的连接腹元计算模型如图5所示,为便于结果对比,分以
杆,这是工程中常用的结构形式,既将左右两侧下工况计算分析,见表1。
单臂连接成一体,承载能力加大,同时又优化腹
4
cc
图3双臂组合形式Ⅲ
图4变刚度组合臂架示意图
表1计算工况
计算模型
约束方式
工况
加载位置
变幅拉板
臂架根部下铰点
变幅拉板下铰点
不考虑
全约束
不考虑
全约束
无无
臂架中心面
臂头下平面滑轮组中心
考庶
位移约束
位移约束
臂架中心面
考虑
位移约東
位移约束
臂头下平面滑轮组中
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