北京清河治理工程羊坊弓形閘門鉸座的有限元分析

1概況弧形閘門(下稱:弧門)具有啟閉力矩小、運(yùn)行靈活等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于水電站大壩溢流表孔之上,其支鉸座埋件安裝是弧門安裝最為重要的環(huán)節(jié)之一,它安裝的質(zhì)量水平將直接影響弧門安裝誤差水平乃至整個(gè)弧門安裝的成敗,這一點(diǎn)為業(yè)界所認(rèn)同,故弧門支鉸座埋件安裝精度要求高,其安裝精度直接影響鉸座安裝就位的精度(見表1),

《裝備制造技術(shù)》2010年第6期 臂架是起重機(jī)的主要承載結(jié)構(gòu)，承受著來自貨物及為滿 足起重機(jī)本身各項(xiàng)運(yùn)動而產(chǎn)生的各種載荷的作用，其結(jié)構(gòu)性 能對整機(jī)性能有重要的影響。臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是門座式起重機(jī) 設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。 在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算中，利用ansys軟件進(jìn)行 強(qiáng)度校核計(jì)算，不僅可以避免臂架設(shè)計(jì)中存在的盲目性，而且 可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理化和輕量化的目的，減少設(shè)計(jì)費(fèi)用，縮 短設(shè)計(jì)周期。本文利用ansys軟件對40/15t×60/100m門 座起重機(jī)的臂架結(jié)構(gòu)在6種工況下的強(qiáng)度進(jìn)行了分析，結(jié)果 表明臂架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均滿足起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。 1臂架結(jié)構(gòu)有限元建模 1.1門座起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 該門座起重機(jī)的最大額定起重量為40t，變幅幅度為 25～60m，主起升工作速度為0～10m/min，變幅速度為20 m/min，行走速度

利用ansys軟件對40/15t×60/100m門座起重機(jī)的臂架結(jié)構(gòu)在6種工況下的強(qiáng)度進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,臂架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求,可作為設(shè)計(jì)的參考。

為配合技術(shù)設(shè)計(jì)工作,采用三維有限元法計(jì)算分析了長洲水利樞紐工程#1船閘下閘首人字鋼閘門,確定了背拉桿預(yù)應(yīng)力,分析了各種工況下門葉位移與應(yīng)力情況。研究結(jié)果可供同類工程參考。

門座起重機(jī)臂架強(qiáng)度的有限元分析 (2)

本文首先采用簡化的理論計(jì)算方法計(jì)算了閘閥閥體的等效應(yīng)力,建立三維模型,然后采用ansys有限元分析技術(shù)對該型閥體的應(yīng)力應(yīng)變做分析,得到了閥體的應(yīng)力云圖和變形云圖,為閥體的改進(jìn)提供理論依據(jù)。對比兩種方法得到的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)理論簡化計(jì)算與實(shí)際情況相差較大,提出了計(jì)算閥體強(qiáng)度時(shí)需采用有限元方法。

利用ansys軟件對鑄鐵閘門門體建立了三維有限元模型,對鑄鐵鑲銅閘門門體的傳統(tǒng)的計(jì)算方法與三維有限元法進(jìn)行了比較,結(jié)果表明用三維有限元計(jì)算能較準(zhǔn)確的反映門體受力和變形情況,這為一般閘門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),為鑄鐵鑲銅閘門進(jìn)一步的參數(shù)化、系列化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

采用有限元分析軟件ansys模擬水工鋼閘門定輪支承系統(tǒng)的工作情況,著重對軌道的受力性能進(jìn)行了研究,揭示出軌道的受力性能與彈性地基上的基礎(chǔ)梁的受力性能相似。此外,還對有限元分析的關(guān)鍵技術(shù)———法向接觸剛度因子fkn的取值進(jìn)行了有益的探索,提出了利用試驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)行優(yōu)化反分析得出接觸力學(xué)參數(shù)的方法。這一方法是對傳統(tǒng)實(shí)常數(shù)選取方法的補(bǔ)充,得出的參數(shù)可作為類似工程有限元分析的參考。

文章結(jié)合工程實(shí)例,利用超彈性材料單元和接觸單元對閘門伸縮式止水在充壓后的變形、接觸和反力過程進(jìn)行了計(jì)算分析,所獲初步成果與原型試驗(yàn)比較吻合,說明利用大型結(jié)構(gòu)分析軟件(ansys56)專門提供的超彈性材料單元(mooneyrivlin)對閘門伸縮式止水結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元仿真分析具有一定的實(shí)用價(jià)值。

·34·計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)機(jī)械2006年第10期總第33卷 ——————————————— 收稿日期：2006－07－22 作者簡介：張倩（1982－），女，華東理工大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向?yàn)闄C(jī)械cae、仿真。 龍門起重機(jī)的有限元分析 張倩，朱大濱 （華東理工大學(xué)，上海200237） 摘要：利用大型有限元軟件ansys對某龍門式起重機(jī)進(jìn)行整機(jī)多工況靜強(qiáng)度分析；利用有限元法計(jì)算龍門起重機(jī)結(jié)構(gòu) 自振頻率和滿載自振頻率。從靜強(qiáng)度和動強(qiáng)度兩個(gè)方面對該起重機(jī)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評價(jià)，提出改進(jìn)的建議。 關(guān)鍵詞：起重機(jī)；有限元；靜強(qiáng)度分析；模態(tài)分析； 中圖分類號：tb115文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號：1006－0316（2006）10－0034－04 finiteelementanalysisofgantr

A形吊耳強(qiáng)度有限元分析

為了分析鉆井液圍壓、井眼曲率、彎曲方式以及地層溫度等因素對波紋管脹形的影響,采用彈性力學(xué)理論,考慮幾何非線性的影響,建立了波紋管脹形力學(xué)模型。建模時(shí)溫度對波紋管脹形的影響通過改變波紋管管材的彈性模量和泊松比來模擬;通過對波紋管內(nèi)、外施加面載荷來模擬波紋管脹形壓力、鉆井液圍壓或者外擠壓力。模擬結(jié)果表明,當(dāng)井眼曲率每30m在5°~12°之間變化、地層溫度在20~180℃之間變化時(shí),井眼曲率和地層溫度對波紋管膨脹工作壓力影響較小;彎曲方式對波紋管脹形的影響也較小。波紋管卸載后不圓度會增加,使得其內(nèi)通徑變小,所以在波紋管施工結(jié)束后需要進(jìn)行機(jī)械脹形修正。

施工期溫度作用常常是混凝土結(jié)構(gòu)開裂的主要原因之一.對底板等重點(diǎn)關(guān)注的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了非穩(wěn)定溫度場及溫度徐變應(yīng)力場的研究,考查了溫度徐變應(yīng)力場對底板結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的影響.底板內(nèi)部和表面較大的溫差使底板產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力,對于有添加劑的混凝土,底板結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力在一定程度上得到改善.

闡述了閥門的有限元分析與計(jì)算,討論了它的建模方法,對其受力狀況進(jìn)行了簡化。通過分析計(jì)算,可以得出閥門上任一點(diǎn)的應(yīng)力,顯示出整個(gè)閥門上的等值應(yīng)力圖,也可顯示出閥門受力后的變形狀況,從而得出最大應(yīng)力值和最大變形,指導(dǎo)結(jié)構(gòu)合理化設(shè)計(jì)。

通過solidworks軟件建立液壓啟閉機(jī)液壓缸的三維實(shí)體模型,并以有限元分析模塊simulation為平臺,對閘門關(guān)閉時(shí)液壓缸活塞桿完全伸出,壓力達(dá)到最大值18mpa的工況下進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)有限元分析,并結(jié)合工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了驗(yàn)證。分析結(jié)果表明:該液壓缸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全可靠,剛度穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)規(guī)范?；诠ぷ餮b置的整體有限元分析方法極大地降低了計(jì)算分析難度,提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,為結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化、設(shè)計(jì)改進(jìn)提供理論依據(jù)。

根據(jù)某水庫泄洪洞弧形鋼閘門,建立了三維有限元模型,在相同的條件下對有、無面板加勁肋構(gòu)件的模型進(jìn)行了非線性分析,得出設(shè)計(jì)水頭下無加勁肋構(gòu)件模型的應(yīng)力不能滿足強(qiáng)度要求,而有加勁肋構(gòu)件模型的應(yīng)力和位移均能滿足規(guī)范的要求。分析表明:對弧形鋼閘門進(jìn)行非線性分析時(shí)要考慮加勁肋構(gòu)件的受力作用,同時(shí)要考慮面板局部銹蝕對弧形鋼閘門應(yīng)力的影響。通過分析面板不同銹蝕區(qū)域的計(jì)算結(jié)果,得出了該弧形鋼閘門的銹蝕敏感部位及閘門最大應(yīng)力隨銹蝕深度的變化規(guī)律。

目前對于水閘平面鋼閘門剛度、強(qiáng)度校核基本上是按照常規(guī)的平面體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算,其計(jì)算結(jié)果不能有效反映閘門的空間效應(yīng)。對于空間效應(yīng)較強(qiáng)、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的大型水工鋼閘門宜用空間有限元來進(jìn)行計(jì)算,本文基于ansys軟件對某防洪閘平面鋼閘門進(jìn)行了三維有限元分析,得出了一些有益結(jié)論,并用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)。

基于傳統(tǒng)變幅桿的設(shè)計(jì)理論,對高斯形復(fù)合變幅桿進(jìn)行理論研究;利用有限元軟件ansys建立復(fù)合變幅桿的有限元模型,并對其振動特性進(jìn)行分析,計(jì)算得到復(fù)合變幅桿的振動頻率、節(jié)點(diǎn)長度和放大系數(shù)等參數(shù);通過ansys的等效應(yīng)力云圖表明有限元法可獲得很高的計(jì)算精度。

劃子口河閘拆建工程閘門為"π"型弧形鋼閘門,為掌握不同工況下的結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力分布,需要建立三維有限元整體模型進(jìn)行分析.采用ansys有限元計(jì)算軟件建立模型,按不同工況分別施加荷載.計(jì)算結(jié)果表明,5種工況下弧形鋼閘門的結(jié)構(gòu)變形都在允許范圍內(nèi),應(yīng)力值都在鋼材的屈服應(yīng)力以下.采用結(jié)構(gòu)線性屈曲分析閘門結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,用有限元法求出結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全系數(shù),結(jié)果表明大部分工況下的穩(wěn)定安全系數(shù)大于4,最先失穩(wěn)的部位在跨中水平次梁處,建議適當(dāng)加密跨中縱梁,以減小水平次梁計(jì)算長度,提高穩(wěn)定性.

池河節(jié)制閘門采用扇形浮體門,門體由扇形框架和上下游面板組成;上游圓弧面板的圓心處用鉸鏈固定在門室的后墻上,整個(gè)門體繞鉸軸旋轉(zhuǎn)升降;本次就浮體閘門的門鉸剪力計(jì)算供大家參考。

門體堵頭端部中間的收縮變形是bc/bd-625g冷柜的重大缺陷,bd-500冷柜是在bc/bd-625g基礎(chǔ)上開發(fā)的新產(chǎn)品。建立堵頭計(jì)算的簡化模型,得出變形的線載荷?；赼baqus有限元分析軟件,分析了bc/bd-625g的堵頭變形。對bd-500的堵頭數(shù)值模擬采用在簡化模型上增加3種不同方案加強(qiáng)筋的方法分別進(jìn)行了有限元分析,得出優(yōu)先采用的方法。設(shè)計(jì)出的堵頭經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證,與abaqus程序的分析結(jié)果基本吻合。

利用動力有限元軟件ls-dyna,對某系列抗爆門結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力響應(yīng)分析。通過對不同沖擊波載荷和結(jié)構(gòu)尺寸下抗爆門結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算,得到該類型抗爆門結(jié)構(gòu)的抗爆性能評估,并確定抗爆門結(jié)構(gòu)承受沖擊波載荷作用下的易損構(gòu)件,為優(yōu)化抗爆門設(shè)計(jì)提供依據(jù)。