起重机桁架结构的受力分析摘要：本文利用ansys14.5平台研究货物起重机的受力情况，通过对起重机架的建模和求解，进一步熟悉了ansys的分析过程，并求出了起重机架的变形，位移和应力等方面的力学量，为起重机架结构和材料的改进提供了依据。
1 引言如下图所示的货物起重机，由两个桁架结构组成，它们通过交叉支撑结合在一起。
每个桁架结构的两个主要构件是箱型钢架。
每个桁架结构通过内部支撑来加固，内部支承焊接在方框钢架上。
连接两个桁架的交叉支承销接在桁架结构上。
所有构件材料都是中强度钢，EX=200E9Pa，EY=300E9Pa，μ=0.25，G=80E9。
它在端部承受10KN沿Y轴负方向的载荷时，用有限元软件求出最大受力点及应力和位移情况。
内部支承及交叉支承梁截面桁架结构主要构件梁截面2 计算模型2.1 设置工作环境启动Mechanical APDL Product Launcher 14.5，弹出Mechanical APDL Pr oduct Launcher 14.5窗口。
设置参数、工作目录、工作名称，单击Run进入AN SYS 14.5 GUI界面。
在主菜单元中选择Preferences命令，选择分析类型为Stru ctural，单击OK按钮，完成分析环境设置，如图2.1所示。
图2.12.2 定义单元与材料属性在GUI界面中选择Main Menu>Preprocessor>Element Type> Add/Edit/ Delete命令，弹出图2.2所示的Element Type对话框，选择单元类型为LINK1 80，单击OK按钮。
图2.2在GUI界面中选择Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material M odels命令，弹出图2.3所示的Define Material Model Behavior对话框，选择材料模型为结构、线性、弹性、各向异性，然后输入EX=2E11，EY=3E11，P RXY=0.25，GXY=8E10，输入密度7800，单击OK按钮完成。
图2.3下面定义截面特性，在GUI中选择Main Menu→Preprocessor→Real Con stants→Add/Edit/Delete命令，弹出Real Constants对话框，单击Add按钮选择LINK180，输入实常号1，截面积0.0014，单击Apply按钮，设置常数编号2，截面积0.0011，单击OK按钮完成，此时Real Constants对话框中列出了已定义的两个不同的实常数，完成单元及材料属性的定义，如图2.4和图2.5所示。
图2.4 图2.52.3 建立有限元模型在GUI界面中选择Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>I n Active CS命令，弹出Create Nodes in Active Coordinate System对话框。
输入第一个节点号11以及节点11的坐标，单击Apply按钮，继续输入节点号及坐标，直至完成所有的节点号和坐标，直至完成表2-1所示的所有节点，结果如图2.6所示。
节点号X Y Z11 0 0 112 2 3/8 0.1+0.9/4*313 4 6/8 0.1+0.9/4*214 6 9/8 0.1+0.9/4*415 8 12/8 0.116 16/3 8/6 0.417 8/3 7/6 0.718 0 1 121 0 0 -122 2 3/8 -(0.1+0.9/4*3)23 4 6/8 -(0.1+0.9/4*2)表2-1图2.6在GUI 界面中选择Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elem En ts>Elem Attributes 命令，弹出如图2.7所示的Element Attributes 对话框。
设置参数如图所示，单击OK 按钮完成，在GUI 界面选择Main Menu>Preproces sor>Modeling>Create>Elements>Auto Numbered>Thru Nodes 命令，弹出所示对话框，将工作区中的11号节点与12号节点连接，单击Apply 按钮，生成单元，继续如下表2-2所示连接，生成结果如图所示。
节点1 节点2 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 171824 6 9/8 -(0.1+0.9/4)25 8 12/8 -0.1 26 16/3 8/6 -0.4 27 8/3 7/6 -0.7 281-118 1212 1717 1313 1616 1421 2222 2323 2424 2525 2626 2727 2828 2222 2727 2323 2626 24表2-2图2.7在GUI界面中选择Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Elem Attributes 命令，弹出Element Attributes 对话框。
将实常数改为2，如图2.8所示。
在GUI 界面中选择Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Auto Numbered>Thru Nodes 命令，将表2-3所示节点连接成单元。
完成的单元如图所示。
在命令输入/ESHAPE ，1运行，可以在工作区中显示单元的实际模型如图2.9和2.10所示。
表2-3图2.8节点1 节点2 12 22 13 23 14 24 16 26 17 27 22 17 23 16 2614图2.9图2.102.4 施加边界条件由于建立的是有限元模型，直接生成了节点和单元，所以跳过划分网格，直接进入加载步骤。
在界面中选择Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Str uctual>Displacement>On Nodes命令，弹出对话框，在工作区域拾取11、21、18、28 4个节点，如图所示，单击OK按钮，弹出对话框，选择ALL DOF，单击OK按钮，完成节点约束，如图2.11所示。
图2.11在界面中选择Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>For ce/Moment>On Nodes命令，弹出图所示的对话框，在工作区中拾取节点15，单击OK按钮，弹出Apply F/M on Nodes对话框在对话框中选择施加载荷的方向为FY，加载方式为常量，大小为-10000，单击OK按钮完成加载，加载完成如图2.12所示。
图2.12接下来耦合节点自由度。
在界面中选择Main Menu→Preprocessor→coupl ing/Ceqn→Couple DOFs命令，弹出Define Coupled Dofs。
在工作区中选择节点15和节点25，单击OK按钮，在弹出的Define Coupled DOFs对话框。
输入耦合节点编号1，选择要耦合的自由度为ALL，单击OK按钮，完成边界条件施加。
过程如图2.13所示。
图2.133 求解结果完成了建模，施加边界条件，完成了计算前的准备工作，然后进行求解，在GUI界面选择Main Menu>Solution>Solve>Current LS命令，完成求解，结果如下图所示。
图2.14 起重机桁架的变形图图2.15起重机桁架位移图图2.16起重机桁架平移矢量图2.16起重机桁架X方向应力图图2.17起重机桁架第一主应力图2.18起重机桁架支反力图2.19起重机桁架X方向的轴力图2.20 应力最大的点的坐标及坐标信息4 结论由以上的分析可以看出起重机桁架所受的最大变形是0.019342m,在10000N 力的作用下其变形很小，根据国标GB/T10051.1-1988，说明起重机材料和变形是满足使用要求的。
从平移矢量图可以看出，其变形情况和桁架受力情况一致；从分析结果还可看到其最大应力为0.288E8Pa,并可看到最大应力对应的坐标信息，由此就找出了起重机桁架最容易失效的地方，为构件结构和材料的改进提供了依据。
参考文献1 曾攀.有限元基础教程.北京：高等教育出版社，20092 张建伟.ANSYS14.0超级学习手册.北京：人民邮电出版社，20133 刘浩.ANSYS15.0有限元分析.北京：机械工业出版社，2014附录log文件/BATCH/COM,ANSYS RELEASE 14.5 UP20120918 16:13:00 01/06/2015 /input,menust,tmp,''/GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1/REPLOT,RESIZEWPSTYLE,,,,,,,,0!*/NOPRKEYW,PR_SET,1KEYW,PR_STRUC,1KEYW,PR_THERM,0KEYW,PR_FLUID,0KEYW,PR_ELMAG,0KEYW,MAGNOD,0KEYW,MAGEDG,0KEYW,MAGHFE,0KEYW,MAGELC,0KEYW,PR_MULTI,0KEYW,PR_CFD,0/GO!*/COM,/COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:/COM, Structural!*/PREP7!*ET,1,LINK180!*!*MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,2E11MPDATA,EY,1,,3E11MPDATA,EZ,1,,MPDATA,PRXY,1,,0.25MPDATA,PRYZ,1,,MPDATA,PRXZ,1,,MPDATA,GXY,1,,8E10MPDATA,GYZ,1,, MPDATA,GXZ,1,, MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,,7800 R,1,0.0014, ,0!*R,2,0.0011,0,0!*n,11,0,0,1n,12,2,3/8,0.1+0.9/4*3 n,13,4,6/8,0.1+0.9/4*2 n,14,6,9/8,0.1+0.9/4n,15,8,12/8,0.1n,16,16/3,8/6,0.4n,17,8/3,7/6,0.7n,18,0,1,1n,21,0,0,-1n,22,2,3/8,-(0.1+0.9/4*3) n,23,4,6/8,-(0.1+0.9/4*2) n,24,6,9/8,-(0.1+0.9/4) n,25,8,12/8,-0.1n,26,16/3,8/6,-0.4n,27,8/3,7/6,-0.7n,28,0,1,-1TYPE, 1MA T, 1 REAL, 1 ESYS, 0 SECNUM,TSHAP,LINE!*e,11,12e,12,13e,13,14e,14,15e,15,16e,16,17e,17,18e,18,12e,12,17e,17,13e,13,16e,16,14e,21,22e,22,23e,23,24e,24,25e,25,26e,26,27e,27,28e,28,22e,22,27e,27,23e,23,26e,26,24TYPE, 1MA T, 1REAL, 2ESYS, 0SECNUM,TSHAP,LINE!*e,12,22e,13,23e,14,24e,16,26e,17,27e,22,17e,23,16e,16,14/ESHAPE,1/USER, 1/VIEW, 1, -0.608062369507 , 0.460162417711 , 0.646924032724 /ANG, 1, -17.7114328942/REPLOFLST,2,4,1,ORDE,4FITEM,2,11FITEM,2,18FITEM,2,21FITEM,2,28!*/GOD,P51X, , , , , ,ALL, , , , ,FLST,2,1,1,ORDE,1FITEM,2,15!*/GOF,P51X,FY,-10000FLST,4,2,1,ORDE,2FITEM,4,15FITEM,4,25CP,1,ALL,P51XFINISH/SOL/STA TUS,SOLUSOLVEFINISH/POST1PLDISP,2!*/EFACET,1PLNSOL, U,SUM, 0,1.0!*/VSCALE,1,1,0!!*PLVECT,U, , , ,VECT,ELEM,ON,0 !*/PSF,DEFA, ,1,0,1/PBF,DEFA, ,1/PIC,DEFA, ,1/PSYMB,CS,0/PSYMB,NDIR,0/PSYMB,ESYS,0/PSYMB,LDIV,0/PSYMB,LDIR,0/PSYMB,ADIR,0/PSYMB,ECON,0/PSYMB,XNODE,0/PSYMB,DOT,1/PSYMB,PCONV,/PSYMB,LAYR,0/PSYMB,FBCS,0!*/PBC,ALL,,0/PBC,NFOR,,1/PBC,NMOM,,1/PBC,RFOR,,1/PBC,RMOM,,1/PBC,PATH,,1/REP!*EPLOT!*PLESOL, F,X, 0,1.0 !*PLESOL, F,Y, 0,1.0 !*PLESOL, F,Z, 0,1.0 FINISH! /EXIT,ALL。