龙门起重机金属结构有限元分析

图6-1为龙门起重机实物，图6-2为其结构简图，图6-3是几个主要受构件主梁、上横梁、下横梁、支腿的截面图。

图6-1    龙门起重机

图6-2    金属结构总图

                       图6-3  各部件截面简图

参考分析步骤如下：

1．改变默认工作路径，定义文件名和分析标题

(1)Utility Menu→File→Change Directory…

(2)Utility Menu→File→Change Jobname…

(3)Utility Menu→File→Change Title…

2．定义单元类型： SHELL63壳单元

Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete，→Add，

选择Structural Shell，Elastic 4node 63，→OK。

3．定义实常数

即定义结构所用板材的厚度，共6、8、10、12mm四组。

Main Menu：Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete，→Add…

4．定义材料力学参数

Main Menu：Preprocessor→Material Props→Material Models， Structural→Linear→Elastic→Isotropic

弹性模量EX=2.1E5 (MPa)

泊松比PRXY= 0.3

钢材密度DENS=7.85E-6 (kg/mm3) 

5．建模

⑴创建上横梁

选定整体坐标系，如图6-2。

①创建体。

Main Menu：Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Block→By 2 Corners & Z

输入：WPx Wpy Width Height Depth(0,0,700,-1000,5200) 

②删除体，保留体以下的图元。

Main Menu→Preprocessor→Modeling→Delete→Volumes Only

③显示面号和线号

Utility Menu→PlotCtrls→Numbering

④创建上横梁内的横隔板

    沿Z向拷贝Z=0处的面元。

Main Menu：Preprocessor→Modeling→Copy→Areas，ITIME=4，DZ=1000。

⑵创建主梁

① 沿Z负向Copy Z=5200处的面元

Main Menu：Preprocessor→Modeling→Copy→Areas，ITIME=2，DZ=－1200。

②分解相交图元

 Main Menu：Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Area by Line， Pick All。

③创建主梁变截面部分

拷贝y=0平面内，x=700，z=4000～5200的一条线。

  Main Menu：Preprocessor→Modeling→Copy→Lines，ITIME=2，DX=2300。将新生成的这条线再沿负Y向拷贝。Modeling→Copy→Lines，ITIME=2，DY=－2000。

顺序连接各点，创建主梁变截面部分的四个外表面。

Main Menu：Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→Through KPs

创建X=3000处的面元：Modeling→Create→Areas→Arbitrary→By Lines。

④创建主梁等截面部分

沿X向拷贝 X=3000处的面元

Main Menu：Preprocessor→Modeling→Copy→Areas，ITIME=2，DX=22000。

顺序连接各点，创建等截面部分的四个表面。

⑥创建主梁内的横隔板

Main Menu：Preprocessor→Modeling→Copy→Areas，ITIME=12，DX=2000。

⑦分割相交图元

Main Menu：Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Area by Line，Pick All。

⑶创建变截面支腿

    参考上述步骤。

创建支腿内的横隔板：

    将支腿各边线分割成4等份，再连接等分处的各点，生成隔板面元。

Main Menu：Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Line into N Ln’s，NDIV=4。

⑷创建下横梁

同上。

⑸分割相交图元

Main Menu：Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Area by Line，Pick All。

6．设置板厚

⑴设所有板厚的实常数=3。Main Menu：Preprocessor→Meshing→Mesh Tool,在第一栏Element Attributes中选择Areas→Set,弹出Area Attributes对话框,单击Pick All,使REAL=3,即10mm的板厚。

⑵对板厚不为10mm的板分别设置其实常数。需选择具体的面元，不能用Pick All。其余步骤同上。

7．创建整体结构

⑴Main Menu：Preprocessor→Modeling→Reflect→Areas, Pick All,选择x-y平面作为镜像平面，→OK。

⑵移动工作平面至结构左右对称面内，并激活工作平面坐标系。

Utility Menu→WorkPlane→Align WP with→Keypoints,选择结构左右对称面上的三点，OK。

Utility Menu→WorkPlane→Change Active CS to→ Working Plane

⑶Main Menu：Preprocessor→Modeling→Reflect→Areas, Pick All，选择x-y平面作为镜像平面。

⑷重新激活整体直角坐标系。

Utility Menu→WorkPlane→Change Active CS to→ Global Cartesian

8．合并重复项

Main Menu：Preprocessor→Numbering Ctrls→Merge Items，选Label=Keypoints

9．划分网络

   Main Menu：Preprocessor→Meshing→MeshTool，在MeshTool 的第三栏Size Controls中单击Lines对应的Set按扭，→Pick All,输入单元边长SIZE=400，OK，回到MeshTool对话框，在第四栏选中Mapped(映射网格划分，单击Mesh,选择Pick All。

10．施加位移边界条件

Main Menu：Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→On Areas,选择下横梁两底面的第一个面元。共四处。约束X、Y、Z三个方向的线位移。

11．施加载荷

⑴Main Menu：Solution→Define Loads→Apply→Structural→Force/Moment→On Keypoints,选择距跨中心线左右各2000处的两主梁内侧的4个关键点， FY =-275000N。

⑵施加重力加速度

Main Menu：Solution→Define Loads→Apply→Structural→Inertia→Gravity,ACELY=9.8m/s2。

12．求解

Main Menu：Solution→Solve→Current LS

13．图形显示计算结果

变形图：Main Menu：General PostProc→Plot Results→Deformed Shape

等值线图：Main Menu：General PostProc→Plot Results→Contour Plot

动画：Main Menu：PlotCtrls→Animate

14．列表显示结果数据

Main Menu：General PostProc→List Results

15．通过结果浏览器显示计算结果

Main Menu：General PostProc→Results Viewer