西藏自治区市场监督管理局
摘要：起重机是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械，是根据人体力学相关作用而发明出的机械工具。本文针对桁架式门式起重机结构，建立了由支腿、支座、主梁组成的门式起重机结构的有限元模型；对其最大静荷载和考虑自重的情况下进行了变形和应力分析。
关键词：起重机；有限元；变形；应力
0引言
起重机是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械。又称天车，航吊，吊车。随着我国国民经济的快速发展，迫切需要生产起重机的技术性快速提高，一场规模巨大的技术性变革已经向起重机袭来[1]。本文研究桁架式门式起重机结构，起重机的跨度为38.5m，主梁高度为10.5m，桁架高度2.896m，支腿距离7.1m，起重机结构的材料为Q235B，弹性模量200GPa，泊松比0.3，密度7800kg/m3，承受最大荷载为16吨。
1计算模型的建立
为保证计算精度并提高计算效率，模型中用Ansys软件的Beam 3node 189梁单元模拟起重机结构的支腿和主梁，用Beam3node 189梁单元和Shell3node 189壳单元来模拟结构支座，整个体系中的各个连接部分均采用刚性连接，因此，整个模型的建立过程中所用到的单元类型只有两种，减少了计算量，突出了论文研究的重点。整个体系在经过mesh之后赋予Beam 3node 189单元和Shell Elastic 3node 189单元截面形状，模型如下图。
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2 计算结果分析
2.1 应变分析
本文研究的起重机在X方向和Z方向均不受力，只有Y方向的力，只考虑Y负方向的位移。荷载加在主梁中间位置并考虑自重，最大位移为0.0427m，发生在主梁的中间位置，且小于规范规定的最大位移0.05m。
2.2 应力分析
起重机结构模型中钢材是塑性材料，本文采用第四强度理论来研究，选取Mises等效应力，荷载加在主梁端部、1/4和中间处。
荷载加在主梁端部位置并考虑自重时最大Mises应力为90.7Mpa，发生于近端支座与主梁连接位置，小于许用应力157MPa，满足强度要求。主梁其他部分应力、支腿应力和支座应力分布都比较均匀，小于90.7MPa。因此，荷载加在主梁端部位置时，整体结构均满足强度要求。
荷载加在主梁1/4位置处并考虑自重时最大Mises应力为234Mpa，发生于近端支座与主梁连接位置，可能由于建模和连接等原因导致应力过大。远端支座与主梁连接位置处应力范围是104～156MPa，主梁加力位置左右两侧的应力范围为104～156MPa，主梁其他部分的应力范围均小于104MPa；支腿、支座应力均小于52MPa。结构大部分区域应力分布比较均匀，Mises应力小于156MPa，满足强度要求。
荷载加在主梁中间位置并考虑自重是最大Mises应力为214Mpa，发生于两边支座与主梁连接位置；主梁中间位置两侧应力范围为119～150MPa，主梁其他部分Mises应力均小于119MPa；支座、支腿Mises应力均小于71MPa，应力分布比较均匀，结构大部分区域满足强度要求。
3 结论
在最大静荷载和考虑自重的情况下，分析发现主梁与支座连接处应力比较集中，出现了结构中最大Mises应力，主梁、支座、支腿、各连接部分，应力分布比较均匀。在最大静荷载和考虑自重的情况下，结构的最大位移为0.0427m，发生于主梁中间位置，小于0.05m，满足刚度要求。
参考文献：
1.李子木.现代起重机的特征和发展趋势[J]，建筑机械，2005，1（6）：54-59
2.张朝晖.ANSYS12.0.结构分析工程应用实例解析[M]，北京：机械工业出版社，2010.1，12-15.