ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОНСТРУКЦИИ МОСТОВОГО КРАНА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ Куров А.В.,Шелофаст В.В.

Московский государственный технический университет


Номер: 6-1
Год: 2016
Страницы: 101-103
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

компьютерное моделирование, мостовой кран, оптимизация конструкции, computer modeling, overhead crane, design optimization

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В данной статье рассматривается процесс моделирования конструкции мостового крана в среде APM WinMachine, её прочностной расчет с использованием метода конечных элементов и оптимизация конструкции на основе получаемых после расчета данных.

Текст научной статьи

Введение. Мостовые краны являются основным грузоподъемным оборудованием производственных цехов, закрытых и открытых складов (рис.1). Краны, предназначенные для обслуживания металлургических цехов, представляют группу металлургических кранов. Работоспособность надёжность и безопасность эксплуатации кранов во многом зависит от качества исполнения их металлических конструкций. В связи с этим по крановым металлоконструкциям предъявляются определённые требования: прочность, общая устойчивость конструкции и местная устойчивость отдельных её элементов; статическая и динамическая жёсткость; выносливость и, вместе с тем, минимально возможная масса, высокая технологичность изготовления и монтажа, иногда ограниченные габариты. Большинство этих требований должны обеспечиваться на стадии предварительного расчёта и компоновки. Рис.1. Модель мостового крана Постановка задачи. С помощью программного комплекса APM Structure3D, входящего в состав системы APM WinMachine, версия 13, необходимо выполнить прочностной расчет металлоконструкции мостового крана и её оптимизацию. Мостовой кран состоит из двух фактически независимых частей: моста и грузовой тележки. Исходными данными для построения расчетных моделей грузовой тележки и моста (рис.1) являются сборочные чертежи и сборочные трехмерные твердотельные модели. Инструментарий. В данной работе для выполнения прочностного расчета мы будем пользоваться методом конечных элементов (МКЭ). Этот метод по существу сводится к апрокисмации сплошной среды с бесконечным числом степеней свободы совокупностью подобластей (или элементов), имеющих конечное число степеней свободы. Для каждого элемента задаются некоторые функции формы, позволяющие определить поле перемещений внутри элемента по перемещениям в узлах, т.е. в местах стыков конечных элементов (КЭ). Взаимодействие КЭ друг с другом осуществляется только через узлы. Действующие на КЭ внешние нагрузки, такие как сосредоточенные и распределенные силы и моменты, приводятся к его узлам. При расчетах методом КЭ вначале определяются перемещения узлов модели. Величины внутренних усилий в элементе пропорциональны перемещениям в его узлах. Коэффициентом пропорциональности выступает квадратная матрица жесткости, количество строк в которой равно числу степеней свободы элемента. Все остальные параметры КЭ, такие как интересующие нас напряжения, поле перемещений, вычисляются на основе его узловых перемещений [1]. Основными типами применяемых на практике конечных элементов являются: • Стержневые; • Оболочечные\пластинчатые; • Объемные. Моделирование грузовой тележки. Почти все элементы конструкции тележки сделаны из листового материала, поэтому для получения достоверных результатов необходимо выбрать очень маленький шаг разбиения. Использовать твердотельную модель с маленьким шагом разбиения будет затруднительно для последующих расчетов из-за большого количества объемных конечных элементов. В этой связи все элементы конструкции будет необходимо смоделировать пластинчатыми конечными элементами, что позволит значительно сократить размерность задачи. Моделирование моста крана. Из-за сложности конструкции моста крана принято решение создать модели его отдельных частей, а затем собрать их в единую модель, используя ограничения. По той же причине, что и при создании модели грузовой тележки, на замену твердотельной модели будут предоставлены стержневые и пластинчатые конечные элементы. Этапы расчета. Прочностной расчет будет выполняться раздельно для грузовой тележки и моста крана, но при этом результаты расчета реакций в опорах тележки будут служить исходными данными для расчета металлоконструкции моста. Согласно алгоритму метода конечных элементов, после этапа моделирования и разбиения поверхности на КЭ необходимо будет задать граничные условия для рассматриваемых конструкций: указать программе неподвижные опоры и нагрузки на узлы и плиты. Далее станет возможно провести разнообразные виды расчетов (Рис.2), чтобы определить распределения напряжений и их составляющих, линейных, угловых перемещений, деформаций, коэффициентов запаса по прочности и текучести материала и пр. Оптимизация параметров конструкции будет производиться по алгоритму, представленному на рис.3, где окончанием процесса оптимизации будет выход из цикла с получением конструкции с минимальной стоимостью и легкостью. Рис.2. Алгоритм оптимизации параметров конструкции мостового крана Заключение. APM Structure3D обладает всем необходимым перечнем инструментов и возможностей для проведения прочностного анализа исследуемой конструкции. На основе полученных результатов будет произведена оптимизация параметров конструкции в пользу улучшения её прочностных характеристик, а так же уменьшения её стоимости.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.