ANSYS在水電站固卷機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、ANSYS在水電站固卷機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用ANSYS在水電站固卷機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用摘要:針對(duì)糯扎渡水電站2x 800 k N固定卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)要求，分析固卷機(jī)的計(jì)算工況及計(jì)算載荷，用ANSYS軟件建立SHELL63彈性殼單元模型，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的連接、約束、載荷進(jìn)行有效處理，對(duì)固卷機(jī)架的應(yīng)力、變形進(jìn)行有限元計(jì)算，并對(duì)機(jī)架進(jìn)行了模態(tài)分析，為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動(dòng)特性分析、振動(dòng)故降診斷和預(yù)報(bào)以結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù).關(guān)鍵詞:固卷；ANSYS；應(yīng)力；變形；有限元；模態(tài)分析1綜述 2 x 800kN尚定卷?yè)P(yáng)機(jī)是用于糯扎渡水電站的啟閉機(jī)械設(shè)備，需在滿足固卷的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的條件下，減輕鋼結(jié)構(gòu)的自重.筆者

2、用ANSYS軟件建立了SHELL63彈性殼一單元模型，結(jié)合實(shí)際結(jié)構(gòu)，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的連接、約束、載荷進(jìn)行合理的處理，計(jì)算出機(jī)架的應(yīng)力和變形，并對(duì)機(jī)架進(jìn)行了模態(tài)分析。 ANSYS是一種運(yùn)用廣泛的通用有限元分析軟件，它是集結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁場(chǎng)、聲場(chǎng)和藕合場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件，涵蓋了機(jī)械、航空航天、能源、交通運(yùn)輸、土木、建筑、水利、電子、地礦、生物醫(yī)學(xué)、教學(xué)科研等眾多領(lǐng)域。由于ANSYS軟件具有建模簡(jiǎn)單、快速、方便的特點(diǎn)，因而成為大型通用有限元程序的代表''. ANSYS軟件的主要功能包括建立模型、結(jié)構(gòu)分析、非線性分析、電磁分析、計(jì)算流體力學(xué)分析、接觸分析、壓電分析以及

3、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等.ANSYS軟件主要包括3個(gè)部分:前處理模塊、分析計(jì)算模塊和后處理模塊。2固卷機(jī)架建模一個(gè)結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可以有多種建模方案，要合理選擇方案，既要滿足精度要求。又要節(jié)省時(shí)問，降低工作量，并使計(jì)算結(jié)果直觀化，機(jī)架有限元模型建立的是否合理將直接影響計(jì)算結(jié)果的正確性。因此，建立能夠確切模擬實(shí)際系統(tǒng)的模型是整個(gè)分析過程的關(guān)鍵。用ANSYS軟件建立了SHELL63彈性殼單元模型，結(jié)合實(shí)際結(jié)構(gòu)。對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的連接、約束、載荷進(jìn)行合理的處理，計(jì)算出機(jī)架的應(yīng)力和變形，并對(duì)機(jī)架進(jìn)行模態(tài)分析。模型建立的依據(jù)為機(jī)架設(shè)計(jì)的原始尺寸，機(jī)架模型如圖所示。3機(jī)架結(jié)構(gòu)靜力分析3.1工況及約束處理 工況：機(jī)架

4、在固定位置處起吊800kN額定載荷，約束:機(jī)架下端4個(gè)角位置處有4塊墊板，墊板受到鉛垂方向(y向)的支撐位移約束和X向的位移約束，靠右側(cè)的z塊墊板受到Z向的位移約束.其余所有的節(jié)均為自由節(jié)點(diǎn)3.2計(jì)算荷載 主要考慮機(jī)架的結(jié)構(gòu)自重、起吊載荷及其動(dòng)載效應(yīng). a，機(jī)架自重鋼板密度取7.8 x 103kg/m3 b，起吊荷載通過鋼絲繩作用在軸承座支座、定滑輪支座、平衡滑輪位置處; c.通過起升荷載乘以動(dòng)力放大系數(shù)來考慮起升荷載的動(dòng)載效應(yīng)，其中起升制動(dòng)加速度按照0.1m/s2考慮。 計(jì)算結(jié)果表明:機(jī)架的大部分板件(邊梁、定滑輪梁、平衡滑輪梁)的折算應(yīng)力計(jì)算值在100Mpa以下，小于材料的許用應(yīng)力值=23

5、0 MPa，定滑輪梁的Y向變形最大值為0. 57 mm ,小于許用值2 450/2 000 = I . 23 ( mm ).因此，整個(gè)機(jī)架計(jì)算應(yīng)力值和變形均小于鋼材的設(shè)計(jì)許用值，滿足強(qiáng)度和剛度要求，應(yīng)力和變形滿足規(guī)范要求，其設(shè)計(jì)的安全系數(shù)較大，從應(yīng)力分析角度看，材料抵抗破壞的能力大.綜合評(píng)價(jià):機(jī)架設(shè)計(jì)趨于保守。能在危險(xiǎn)工況下安全工作，而且具有較大的優(yōu)化空間，可通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化來合理、經(jīng)濟(jì)地使用材料4機(jī)架模態(tài)分析模態(tài)分析用于確定設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或機(jī)器部件的振動(dòng)特性，即結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型.它們是承受動(dòng)態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，也可以作為其它動(dòng)力學(xué)分析問題的起點(diǎn)，例如瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、諧響應(yīng)分析和譜分析，其中

6、模態(tài)分析也是進(jìn)行譜分析或模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析或瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析所必需的前期分析過程，模態(tài)分析的最終目標(biāo)是識(shí)別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動(dòng)特性分析、振動(dòng)故障診斷和預(yù)報(bào)以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù).5結(jié)語(yǔ)A建立了固卷機(jī)架結(jié)構(gòu)的整體殼單元模型，對(duì)載荷的施加,結(jié)構(gòu)件之間的連接及約束根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)作了適當(dāng)處理，避免了局部計(jì)算應(yīng)力過大與實(shí)際情況不相符的現(xiàn)象；B分析了機(jī)架工作過程中的工況及其承受的載荷，進(jìn)行了強(qiáng)度與剛度計(jì)算；C對(duì)固卷機(jī)架進(jìn)行了模態(tài)分析。通過ANSYS軟件建立固卷機(jī)架模型并對(duì)之進(jìn)行有限元分析，是一種行之有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證方法，在機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起到非常重要的作用。折算應(yīng)力機(jī)架1階固有頻率及變形機(jī)架2階固有頻率及變形機(jī)架3階固有頻率及變形機(jī)架4階固有頻率及變形機(jī)架5階固有頻率及變形機(jī)架6階固有頻率及變形機(jī)架7階固有頻率及變形機(jī)架8階固有頻率及變形機(jī)架9階固有頻率及變形機(jī)架10階固有頻率及變形參考文獻(xiàn)1 龔曙光. ANSYS工程應(yīng)用實(shí)例解析