分析塔式起重機吊臂步驟

1、第二章 ANSYS分析塔式起重機吊臂步驟2.1 分析問題遇到要分析的問題時，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：1、分析領(lǐng)域塔式起重機吊臂的力學(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，計算變幅小車在不同位置時吊臂的受力情況，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，可以采用國際單位制。（2）在建立模型過程中，要考慮兩個下弦桿的相對位置。根據(jù)起重特性曲線，起重量沿臂端方向逐漸減小，因此由兩個等邊角鋼焊接成的方管的橫截面積也減小，同時要考慮到變幅小車在下弦桿上行

2、走，故下弦的外廓面和上平面應(yīng)在同一平面內(nèi)。建模時應(yīng)用點和線，保證模型的連貫性，所以將整個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，故總重比計算值偏大，這時需要增大密度，來模擬自重。（6）劃分網(wǎng)格時須注意，拉桿采用的LINK8單元只能承受拉力，所以分網(wǎng)時，一個單元只能分一段。吊臂采用BEAM188單元，分網(wǎng)時可以劃分23段。（7）在臂節(jié)連接處，實際是使用銷軸連接，在模型中進(jìn)行耦合來模擬銷軸連接。2.2

3、建立K25/20塔式起重機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)系中輸入各個節(jié)點的位置，然后將每個點連成直線即可。在建模前要對吊臂的形狀有一個全面的了解，然后列出每個節(jié)點的坐標(biāo)。下面是K25/20塔式起重機吊臂節(jié)點位置。1、節(jié)點編號及坐標(biāo)位置（mm）：第一節(jié)（10000mm）關(guān)鍵點編號XYZ1001163200036251100581.541250011635125000618751100581.572500011638250000931251100581.510375001163113750001243751100581.513500001163145000001556251100

4、581.516625001163176250001868751100581.519750001163207500002181251100581.522875001163238750002493751100581.525100000116326100000027100001100581.5第二節(jié)（10000mm）28100000116329100000030100001100581.531106251100581.532112500116333112500034118751100581.535125000116336125000037131251100581.538137500116339137

5、500040143751100581.541150000116342150000043156251100581.544162500116345162500046168751100581.547175000116348175000049181251100581.550187500116351187500052193751100581.553200000116354200000055200001100581.5第三節(jié)(10000mm)56200000116357200000058200001100581.559206251100581.5602125001163612125000622187511

6、00581.563225000116364225000065231251100581.566237500116367237500068243751100581.569250000116370250000071256251100581.572262500116373262500074268751100581.575275000116376275000077281251100581.578287500116379287500080293751100581.581300000116382300000083300001100581.5第四節(jié)（10000mm）8430000011638530000008

7、6300001100581.587306251100581.588312500116389312500090318751100581.591325000116392325000093331251100581.594337500116395337500096343751100581.597350000116398350000099356251100581.510036250011631013625000102368751100581.510337500011631043750000105381251100581.510638750011631073875000108393751100581.51

8、0940000011631104000000111400001100581.5第五節(jié)（5000mm）11240000011631134000000114400001100581.5115406251100581.511641250011631174125000118418751100581.511942500011631204250000121431251100581.512243750011631234375000124443751100581.512545000011631264500000127450001100581.5第六節(jié)（5000mm）1284500001163129450000

9、0130450001100581.5131456251100581.513246250011631334625000134468751100581.513547500011631364750000137481251100581.513848750011631394875000140493751100581.514150000011631425000000143500001100581.5第七節(jié)（5625mm）14450000011631455000000146500001100581.5147506251100581.51485125001163149512500015051875110058

10、1.515152500011631525250000153531251100581.515453750011631555375000156543751100581.515755000011631585500000159555001100581.516056000011631615600000162560001100581.5臂端（625 mm）1635662501163164566250016556625-210016656625-210381.516756625-210781.516856625-2101163拉桿端點169-16946792581.5拉桿吊點37131251100581.5

11、118418751100581.5第一節(jié)兩點1700036017100803變幅小車集中載荷作用點172705001163173705000174795001163175795000176145500116317714550001781545001163179154500018028925011631812892500182298250116318329825001845510001163185551000018656000011631875600000在定義的關(guān)鍵點中，吊臂每節(jié)后三個點和下一節(jié)前三個點的坐標(biāo)相同，用來進(jìn)行耦合處理。點擊Main menu >Preprocessor>

12、;Modeling>Create>Keypoint>In active CS進(jìn)入Create keypoints in active coordinate system對話框。如圖2-1所示：圖2-1對話框第一行是關(guān)鍵點編號，如果不輸入，ANSYS按照默認(rèn)值自動編號。建議建模時自己手動編號，方便以后查詢。按上面表格輸入關(guān)鍵點如圖2-2所示：圖2-2這時可以打開關(guān)鍵點編號選項，顯示編號。通用菜單UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering，如圖2-3所示。打開Plot Numbering Controls對話框，打開關(guān)鍵點編號Keypoint nu

13、mmber，點OK關(guān)閉該對話框。如圖2-4所示：圖2-3圖2-4必要時可以點擊Help按鈕查看幫助。打開編號后用戶圖形界面里顯示關(guān)鍵點及其編號，如圖2-5所示：圖2-52、連接關(guān)鍵點成直線點擊Main menu >Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>Straight Lines，進(jìn)入Create Sraight Lines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，被拾取的點以黃色小方框顯示，使之連成直線，一次只能連接一條直線，點OK關(guān)閉該對話框。若選錯或者要放棄已經(jīng)選取的點，只要點鼠

14、標(biāo)右鍵，這時黑色箭頭方向朝下，點要取消的點就可以了，再點鼠標(biāo)右鍵，黑色箭頭恢復(fù)朝上，可以繼續(xù)選取想要的點。直線操作中也是如此。在連接兩點過程中，如果不顯示關(guān)鍵點只顯示已經(jīng)連接出的直線時，可以使用Utility Menu>Plot>Keypoint，來顯示關(guān)鍵點，然后繼續(xù)連接直線。也可以使用Utility Menu>Plot>Lines來顯示直線。在臂節(jié)連接處，因為有重合的關(guān)鍵點，所以選取時會彈出一個對話框，如圖2-7所示。這個對話框的功能是詢問你，在重合的兩個點中，你要選取哪一點。點NEXT鍵可以在互相重合的兩點間切換，當(dāng)對話框中Picked Keypoint is X

15、X（關(guān)鍵點編號），是所要選取的點時，點擊OK退出。在臂節(jié)連接處有六個點，六條線。進(jìn)行耦合后，由于將三個點的所有自由度都相關(guān)連，所以就變成三個點，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，點屬于直線，要刪除線上的點，必須先刪除這條直線。在連接點時，不可以跨過一點連這點兩邊的點，否則此點不在生成的直線上，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)鍵點或直線。還需注意的是，變

16、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，在建立模型時就考慮小車加載的位置，創(chuàng)建關(guān)鍵點時，將小車的作用點也創(chuàng)建成關(guān)鍵點，加載時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)鍵點列表中，我將小車所在的幾個特殊位置全創(chuàng)建了關(guān)鍵點，這樣一個模型可以計算多種工況。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)鍵點進(jìn)行藕荷（這個操作必須在模型創(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，點回車。如上圖2-9所示位置。4、定義單

17、元類型選擇單元類型：臂架BEAM188，拉桿LINK8。如圖2-10所示：圖2-10點擊Main menu >Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，進(jìn)入Element Type對話框，點擊Add按鈕，彈出Library of Element Types對話框，該對話框共有4個窗口。在左邊窗口中選則BEAM，右邊窗口中選擇2 node 188，左下方是所選單元類型編號為1。ANSYS會自動默認(rèn)向下排號。在劃分網(wǎng)格選擇材料時會用到，所以必須記住所定義的單元類型編號。選擇第一個單元后點擊Apply按鈕，開始選擇第二個單元，左邊窗口選擇L

18、ink，右邊窗口選擇spar 8,單元類型編號是2。如圖2-11所示，點擊OK關(guān)閉該對話框。圖2-115、定義實常數(shù)BEAM188單元不需要實常數(shù)。LINK8單元需要輸入實常數(shù)橫截面積，拉桿材料為48號圓鋼，橫截面積為1810mm2。點擊Main menu >Preprocessor>Real Constant>Add/Edit/Delete,進(jìn)入Real Constant（圖2-13）對話框，如圖2-12所示。點擊Add按鈕，彈出Element Type of Real Constant對話框，如圖2-14所示，點LINK8使之變成藍(lán)色，點擊OK，彈出Real Consta

19、nt Set Number1，for LINK8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2-15 6、定義材料特性點擊Main menu >Preprocessor>Material Models，彈出Define Material Model Behavior對話框，這是一個樹狀結(jié)構(gòu)，如圖2-16所示，雙擊Structural>Linear>Elastic>Isotropic，彈出Linear Isotropic Properties for Material Models Behavior對話框，如圖2

20、-17所示。EX是楊氏彈性模量210000，PRXY是泊松比0.3。ANSYS中會自動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Define Material Model Behavior中雙擊Structural>Density，彈出Density for Material Number1對話框，輸入密度9.39E-6（在分析細(xì)節(jié)的考慮中提到過，要增大吊臂的密度來模擬實際中吊臂的重量，因此將密度增大，就相當(dāng)于增

21、大重量），如圖2-18所示。這時就完成了對編號為1的BEAM188單元材料特性的定義。圖2-18再點擊Define Material Model Behavior對話框工具欄上的Material標(biāo)簽，在下拉菜單中點擊New Model，如入2-19所示。彈出Difine Material ID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

22、：mm）、節(jié)、節(jié)、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：¢

23、28×3在分析細(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)。這個可以在定義梁的截面形狀時更改梁單元的節(jié)點位置到指定位置。Main Menu>Preprocessor>Sections>Beam>Common Sections，彈出對話框Beam Tool，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是一個下拉框，在下拉框中可以選擇截面形狀。Offset To是偏移梁的位置，也是一個下拉框，在下拉框中可以選擇偏移對象，這個只在偏移下弦時有用。上弦桿是變截面，軸線在同一水平線上，不

24、需要偏移。兩個下弦桿必須保證外廓面和上平面。偏移量的計算：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，原點在大矩形框的中心，左下角點的位置在-Y=43.5，-Z=43.5。767梁左下角點的位置在-Y=36，-Z=36，偏移767梁的左下角點到-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,of

25、fset -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)格是整個建模過程中最復(fù)雜，耗時最長的工作。它與前面定義的單元類型編號，實常數(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)ain Menu

26、>Preprocessor>Meshing>Mesh Tool，彈出Mesh Tool對話框。如圖2-22所示： 圖2-22（1）Mesh Tool對話框中，如圖2-23，最上面Elements Atrributes是一個下拉列表，在這里可以選擇要劃分對象的類型，選擇Line，然后點擊旁邊的Set按鈕，會彈出一個Line Atrributes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，然后點擊這個窗口中的OK，彈出一個窗口，如圖2-24所示。 圖2-23 圖2-24在Material number下拉列表框中選擇所選中的線的材料特

27、性編號，在前一步選取直線時，選擇吊臂上的線選材料編號為1；選擇兩個拉桿時，選擇材料編號為2。在Real constant set number下拉列表框中選擇所選中線的實常數(shù)編號，這個對于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Element type number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，而且該項必須選。在Element section下拉列表框中選擇選中線的梁單元的截面特性，這個只在劃分吊臂即BEAM188單元的網(wǎng)格時用到，劃分拉桿即LINK8單元的網(wǎng)格時不需要選擇。選擇完成后

28、點OK。這就完成了對有限元模型中線的材料特性、實常數(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對話框的內(nèi)容，這樣才能保證將這個線單元定義成所需的實體。做這步必須細(xì)心。（2）再打開Mesh Tool對話框，選擇中間部分Size Controls中，Lines欄中的Set按鈕，彈出Element Size on Lines對話框，這時鼠標(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OK，彈出Element Size on Picked Lines對話框，如圖2-25所示。這個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

29、能分為1段，因為這個單元只能承受拉力。在對話框的第二項No.of element divisions中輸入2（如果劃分的線是LINK8單元則輸入1）。然后點OK關(guān)閉對話框。 圖2-25 （3）再打開Mesh Tool工具欄中，點mesh按鈕，彈出mesh line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，這時打開單元顯示，就能看見所定義的BEAM188梁的實體外形。重復(fù)這三步，直至將整個模型劃分完畢，需要時間比較長。對于單元類型、實常數(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2-2

30、6打開單元顯示，查看劃分完網(wǎng)格后模型狀態(tài)。Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size and Shape，如圖2-27。彈出Size and Shape對話框，如圖2-28，將Display of element shapes based on real constant descriptions開關(guān)打開，如圖：圖2-27 圖2-28點OK關(guān)閉。然后再點Utility>Plot>Elements，如圖2-29。這時就會顯示實體模型。簡單介紹Plot菜單，RePlot是刷新圖形窗口，Keypoint是顯示關(guān)鍵點，Lines顯示直線，Eleme

31、nt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定義約束在實際情況中，吊臂的上鉸點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個自由度；對吊臂上鉸點約束5個自由度。Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Keypoints ，彈出Apply，U，ROT on

32、KPs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)鍵點的編號，點OK。彈出Apply U,ROT,on KPs對話框，選擇ALL DOF。如圖2-31所示。點Apply，開始對吊臂上鉸點進(jìn)行約束。圖2-31 點Apply后，鼠標(biāo)又變成黑色箭頭，選取吊臂的兩個上鉸點或輸入兩個上鉸點的編號，點拾取對話框中的OK，彈出Apply U,ROT,on KPs對話框，選擇UX、UY、UZ、ROTX、ROTY，點OK關(guān)閉對話框。如圖2-32所示：圖2-32這時完成了對模型的邊界約束，如圖2-33。在施加載荷時，為了方便觀察和拾取關(guān)鍵點

33、，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各部分的總重量（不是質(zhì)量，在此以N計），它包括結(jié)構(gòu)、機構(gòu)、電氣設(shè)備、以及附設(shè)在起重機上的存?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算出自重。定義重力加速度的步驟如下：Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>

34、;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用的長度單位都是mm。這是因為質(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Y軸方向有一個紅

35、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），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。起升動載系數(shù)。起升質(zhì)量離地起升或下降制動時，對承載結(jié)構(gòu)和傳動結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生附加的動載荷作用。在考慮這種工作情況的載荷組合時，應(yīng)將起升載荷乘以大于1的起升載荷動載系數(shù)。在此取=1.25。起升載荷是吊重質(zhì)量乘以起升動載系數(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，29.37

36、5m，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。按移動載荷對上鉸點的力矩值分析計算起重特性曲線（采用機械式力矩限制器）。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，則這一幅度的活動載荷對上鉸點的力矩為。由于力矩限制器的作用，在其他幅度時，對上鉸點的力矩也應(yīng)為。所以，由此得起重特性方程為式中：起重機額定起重量，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； 上鉸點到回轉(zhuǎn)中心的距離；0.58m。 所能達(dá)到的最大幅度。 = =14.844m（1）在R=7.5

37、m處則作用到下弦桿的集中力為：N分布到4個輪，每個輪所在位置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輪，每個輪所在位置（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輪，每個輪所在位置（4）在R=56m處=1300kg則作用到下弦桿的集中力為分布到四個輪，每個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>

38、Force/Moment>OnKeypoints，彈出Apply F/M On Keypoints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，被拾取的關(guān)鍵點以黃色小方框顯示。如圖2-36所示。圖2-36點OK，彈出Apply F/M On Keypoints對話框，如圖2-37所示。在第一行Direction of foce/mom欄中，是一個下拉列表，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。第二個下拉列表選擇

39、Constant value，表示集中力或彎矩以實數(shù)的形式輸入。以在56m處吊重為例，在下弦上車輪的四個作用點處，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/moment value欄中添-4787.3。負(fù)號表示沿Y軸反方向。點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。在臂端處有四個紅色沿Y軸反方向的箭頭，表示四個集中力。在窗口的左上角，多了一個紅色的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

40、荷。工作狀態(tài)風(fēng)載荷是起重機在正常工作情況下能承受的最大計算風(fēng)力。非工作狀態(tài)風(fēng)載荷是起重機非工作狀態(tài)下說受的最大計算風(fēng)力（如包風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)力）。風(fēng)載荷按下式進(jìn)行計算：式中：作用在起重機上或重物上的風(fēng)載荷（N）； C風(fēng)力系數(shù)； 風(fēng)壓高度系數(shù)； 計算風(fēng)壓（N/m2）； A起重機或物品垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積（m2）。（1）計算風(fēng)壓q計算風(fēng)壓規(guī)定為按空曠地區(qū)離地10m高度處的計算風(fēng)速來確定。工作狀態(tài)的計算風(fēng)速按陣風(fēng)風(fēng)速（即瞬時風(fēng)速）考慮，非工作狀態(tài)的計算風(fēng)速按2分鐘時距的平均風(fēng)速考慮。計算風(fēng)壓分三種：、q。是起重機正常工作狀態(tài)下最大計算風(fēng)壓，用于選擇電動機功率的阻力計算及機構(gòu)零部件的發(fā)熱驗算；是起重機工作狀

41、態(tài)最大計算風(fēng)壓，用于計算機構(gòu)零部件和金屬結(jié)構(gòu)的強度、剛性幾穩(wěn)定性；q是起重機非工作狀態(tài)計算風(fēng)壓，用于驗算此時起重機機構(gòu)零部件及金屬結(jié)構(gòu)的強度、整機抗傾覆穩(wěn)定性和起重機的防風(fēng)抗滑安全裝置和錨定裝置的設(shè)計計算。在此，我們考慮的是工作狀態(tài)下，機構(gòu)零部件和金屬結(jié)構(gòu)的強度，因此選用，查塔式起重機設(shè)計規(guī)范GB/T1375292，取=250 N/m2。（2）風(fēng)壓高度變化系數(shù)起重機的工作狀態(tài)計算風(fēng)壓不考慮高度變化，取=1。所有起重機的非工作狀態(tài)計算風(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的計算：（a）吊重

42、迎風(fēng)面積應(yīng)按其實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，允許采用近似方法加以估算。吊重迎風(fēng)面積的近似估計值（部分）吊重質(zhì)量（t）12358迎風(fēng)面積（m2）12356利用插值計算的方法計算在7.5m、15m、29.375m、56m處吊重的迎風(fēng)面積。、在7.5m處，吊重6000kg，即6噸 A=5.333 m2、在15m處，吊重5931.692kg，即5.931tA=5.310 m2、在29.375m處，吊重2806.238kg，即2.806t A=2.806 m2、在56m處，吊重1300kg，即1.3t A=1.3 m2（b）吊臂的迎風(fēng)面積、第一、二節(jié)吊臂的迎風(fēng)面積：

43、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。 、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。 、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。 整個吊臂的總面積： （c）計算小車在四個位置的風(fēng)載荷：、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：、在15處吊

44、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：、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：、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)點上。在吊臂的迎風(fēng)面上（即模型的前視圖）有100個節(jié)點，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)點上。MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply&

45、gt;Structural>Force/Moment>OnKeypoints，彈出Apply F/M On Keypoints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，被拾取的關(guān)鍵點以黃色小方框顯示。如圖2-39所示。圖2-39拾取完吊臂迎風(fēng)面上100個點后，單擊Apply F/M On Keypoints對話框中的OK，彈出Apply F/M On Keypoints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處的計算風(fēng)載荷為6779.175，分布到1

46、00個節(jié)點上，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2-41 4、水平慣性載荷吊臂本身具有一定的質(zhì)量，在回轉(zhuǎn)起、制動時產(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)點上，用靜態(tài)載荷模擬吊臂回轉(zhuǎn)啟動加速時產(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)慣性力計算公式： 式中：每節(jié)吊臂的質(zhì)量，； 啟動時吊臂的回轉(zhuǎn)角加速度，； 每節(jié)吊臂重心到回轉(zhuǎn)中心的距離，。 吊臂回轉(zhuǎn)時的角速度，； 吊臂回轉(zhuǎn)時啟動加速時間，。、計算第一節(jié)上的水平慣性載荷：圖中為作用在第一節(jié)上的水平慣性力，作用在梯形的重心。根據(jù)三角形相似，計算出梯形的上底和下底，求梯形的重心的距離。，解出則、計算第二節(jié)上的水平慣性力圖中為作用在第二節(jié)上的水平慣性力，作用在梯形的重心。根據(jù)三角形相似，計算出梯形的上底和下底，求梯形的重心的距離。，解出則、計算第三節(jié)上的水平慣性力圖中為作用在