ANSYS分析塔式起重機吊臂步驟

第二章ANSYS分析塔式起重機吊臂步驟沈陽建筑大學畢業(yè)設計說明書PAGE65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科領域、分析該問題所要達到的目標等分析方案。需要考慮以下幾點：1、分析領域塔式起重機吊臂的力學分析屬于結構分析領域。2、分析目標利用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、分析類型結構線性靜力分析。4、分析細節(jié)的考慮（1）ANSYS中沒有定義單位，在應用時，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走，故下弦的外廓面和上平面應在同一平面內。建模時應用點和線，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，通過定義單元梁質心的相對位置來保證外廓面和上平面在同一平面內。（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）風載荷加到關鍵點上。（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2~3段。（7）在臂節(jié)連接處，實際是使用銷軸連接，在模型中進行耦合來模擬銷軸連接。2.2建立K25/20塔式起重機吊臂模型吊臂的模型結構比較簡單，只要在笛卡兒坐標系中輸入各個節(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。下面是K25/20塔式起重機吊臂節(jié)點位置。1、節(jié)點編號及坐標位置（mm）：第一節(jié)（10000mm）關鍵點編號XYZ1001163200036251100581.541250011635125000618751100581.572500011638250000931251100581.510375001163113750001243751100581.513500001163145000001556251100581.516625001163176250001868751100581.519750001163207500002181251100581.522875001163238750002493751100581.525100000116326100000027100001100581.5第二節(jié)（10000mm）28100000116329100000030100001100581.531106251100581.532112500116333112500034118751100581.535125000116336125000037131251100581.538137500116339137500040143751100581.541150000116342150000043156251100581.544162500116345162500046168751100581.547175000116348175000049181251100581.550187500116351187500052193751100581.553200000116354200000055200001100581.5第三節(jié)(10000mm)56200000116357200000058200001100581.559206251100581.560212500116361212500062218751100581.563225000116364225000065231251100581.566237500116367237500068243751100581.569250000116370250000071256251100581.572262500116373262500074268751100581.575275000116376275000077281251100581.578287500116379287500080293751100581.581300000116382300000083300001100581.5第四節(jié)（10000mm）84300000116385300000086300001100581.587306251100581.588312500116389312500090318751100581.591325000116392325000093331251100581.594337500116395337500096343751100581.597350000116398350000099356251100581.510036250011631013625000102368751100581.510337500011631043750000105381251100581.510638750011631073875000108393751100581.510940000011631104000000111400001100581.5第五節(jié)（5000mm）11240000011631134000000114400001100581.5115406251100581.511641250011631174125000118418751100581.511942500011631204250000121431251100581.512243750011631234375000124443751100581.512545000011631264500000127450001100581.5第六節(jié)（5000mm）12845000011631294500000130450001100581.5131456251100581.513246250011631334625000134468751100581.513547500011631364750000137481251100581.513848750011631394875000140493751100581.514150000011631425000000143500001100581.5第七節(jié)（5625mm）14450000011631455000000146500001100581.5147506251100581.514851250011631495125000150518751100581.515152500011631525250000153531251100581.515453750011631555375000156543751100581.515755000011631585500000159555001100581.516056000011631615600000162560001100581.5臂端（625mm）1635662501163164566250016556625-210016656625-210381.516756625-210781.516856625-2101163拉桿端點169-16946792581.5拉桿吊點37131251100581.5118418751100581.5第一節(jié)兩點1700036017100803變幅小車集中載荷作用點172705001163173705000174795001163175795000176145500116317714550001781545001163179154500018028925011631812892500182298250116318329825001845510001163185551000018656000011631875600000在定義的關鍵點中，吊臂每節(jié)后三個點和下一節(jié)前三個點的坐標相同，用來進行耦合處理。點擊Mainmenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoint>InactiveCS進入Createkeypointsinactivecoordinatesystem對話框。如圖2-1所示：圖2-1對話框第一行是關鍵點編號，如果不輸入，ANSYS按照默認值自動編號。建議建模時自己手動編號，方便以后查詢。按上面表格輸入關鍵點如圖2-2所示：圖2-2這時可以打開關鍵點編號選項，顯示編號。通用菜單UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering，如圖2-3所示。打開PlotNumberingControls對話框，打開關鍵點編號Keypointnummber，點OK關閉該對話框。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鍵點及其編號，如圖2-5所示：圖2-52、連接關鍵點成直線點擊Mainmenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>StraightLines，進入CreateSraightLines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關閉該對話框。若選錯或者要放棄已經(jīng)選取的點，只要點鼠標右鍵，這時黑色箭頭方向朝下，點要取消的點就可以了，再點鼠標右鍵，黑色箭頭恢復朝上，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，如果不顯示關鍵點只顯示已經(jīng)連接出的直線時，可以使用UtilityMenu>Plot>Keypoint，來顯示關鍵點，然后繼續(xù)連接直線。也可以使用UtilityMenu>Plot>Lines來顯示直線。在臂節(jié)連接處，因為有重合的關鍵點，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，當對話框中PickedKeypointisXX（關鍵點編號），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。進行耦合后，由于將三個點的所有自由度都相關連，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，比如添加或刪除關鍵點或直線。還需注意的是，變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)建關鍵點時，將小車的作用點也創(chuàng)建成關鍵點，加載時就可以將吊重及小車自重施加到相應的位置上，因此，在關鍵點列表中，我將小車所在的幾個特殊位置全創(chuàng)建了關鍵點，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，將接頭處的關鍵點進行藕荷（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Mainmenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete，進入ElementType對話框，點擊Add按鈕，彈出LibraryofElementTypes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2node188，左下方是所選單元類型編號為1。ANSYS會自動默認向下排號。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Link，右邊窗口選擇spar8,單元類型編號是2。如圖2-11所示，點擊OK關閉該對話框。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Mainmenu>Preprocessor>RealConstant>Add/Edit/Delete,進入RealConstant（圖2-13）對話框，如圖2-12所示。點擊Add按鈕，彈出ElementTypeofRealConstant對話框，如圖2-14所示，點LINK8使之變成藍色，點擊OK，彈出RealConstantSetNumber1，forLINK8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2-156、定義材料特性點擊Mainmenu>Preprocessor>MaterialModels，彈出DefineMaterialModelBehavior對話框，這是一個樹狀結構，如圖2-16所示，雙擊Structural>Linear>Elastic>Isotropic，彈出LinearIsotropicPropertiesforMaterialModelsBehavior對話框，如圖2-17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DefineMaterialModelBehavior中雙擊Structural>Density，彈出DensityforMaterialNumber1對話框，輸入密度9.39E-6（在2.1.4分析細節(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，就相當于增大重量），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DefineMaterialModelBehavior對話框工具欄上的Material標簽，在下拉菜單中點擊NewModel，如入2-19所示。彈出DifineMaterialID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：mm）Ⅰ、Ⅱ節(jié)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ節(jié)Ⅵ、Ⅶ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：￠28×3在2.1.4分析細節(jié)的考慮中提到過，要更改單元梁質心的相對位置來保證外廓面和上平面在同一平面內。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。MainMenu>Preprocessor>Sections>Beam>CommonSections，彈出對話框BeamTool，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。OffsetTo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——在原有基礎上偏移offset-Y=32.5,offset-Z=32.516號單元——在原有基礎上偏移offset-Y=32.5,offset-Z=43.512號單元——在原有基礎上偏移offset-Y=23.5,offset-Z=23.517號單元——在原有基礎上偏移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系。打開劃分網(wǎng)格工具MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool，彈出MeshTool對話框。如圖2-22所示：圖2-22（1）MeshTool對話框中，如圖2-23，最上面ElementsAtrributes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LineAtrributes窗口，提示你選擇要定義屬性的線單元。鼠標變成黑色箭頭，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Materialnumber下拉列表框中選擇所選中的線的材料特性編號，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Realconstantsetnumber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。在Elementtypenumber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Elementsection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。做這步必須細心。（2）再打開MeshTool對話框，選擇中間部分SizeControls中，Lines欄中的Set按鈕，彈出ElementSizeonLines對話框，這時鼠標變成黑色箭頭，將上一步中已經(jīng)選取過的線再選一遍，點OK，彈出ElementSizeonPickedLines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.ofelementdivisions中輸入2（如果劃分的線是LINK8單元則輸入1）。然后點OK關閉對話框。圖2-25（3）再打開MeshTool工具欄中，點mesh按鈕，彈出meshline對話框如圖2-26所示。鼠標變?yōu)楹谏^。選取前兩步所選擇的直線，點OK，關閉對話框。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，然后進行上述三步操作。圖2-26打開單元顯示，查看劃分完網(wǎng)格后模型狀態(tài)。UtilityMenu>PlotCtrls>Style>SizeandShape…，如圖2-27。彈出SizeandShape對話框，如圖2-28，將Displayofelementshapesbasedonrealconstantdescriptions開關打開，如圖：圖2-27圖2-28點OK關閉。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是顯示關鍵點，Lines顯示直線，Element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：臂端結構：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。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。MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnKeypoints，彈出Apply，U，ROTonKPs對話框，如圖2-30所示。圖2-30鼠標變成黑色箭頭，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鍵點的編號，點OK。彈出ApplyU,ROT,onKPs對話框，選擇ALLDOF。如圖2-31所示。點Apply，開始對吊臂上鉸點進行約束。圖2-31點Apply后，鼠標又變成黑色箭頭，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ApplyU,ROT,onKPs對話框，選擇UX、UY、UZ、ROTX、ROTY，點OK關閉對話框。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鍵點，可以關閉單元，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、風載荷和水平慣性力載荷。風載荷是作用在臂架上的風載荷和作用在重物上的風載荷的總和，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（不是質量，在此以N計），它包括結構、機構、電氣設備、以及附設在起重機上的存?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：MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Inertia>Gravity，彈出Apply（Gravitational）Acceleration對話框。在ANSYS的總體坐標系中，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。這是因為質量的單位采用的是kg，而質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：起升載荷指起升質量的重力（以N計），起升質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備的質量。起升動載系數(shù)。起升質量離地起升或下降制動時，對承載結構和傳動結構將產(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。起升載荷是吊重質量乘以起升動載系數(shù)、小車、吊鉤的質量總和（乘以9.8），通過起重特性曲線求出在7.5m，15m，29.375m，56m處的吊重，然后加上小車和吊鉤的質量形成集中載荷，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）。標定：56m處起重量為1300kg，即考慮小車質量Gc=182kg，吊具質量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；——標定起重力矩，80tm；——小車質量，182kg；——吊鉤質量，147kg；——基本臂最大幅度，56m；——上鉸點到回轉中心的距離；0.58m。——所能達到的最大幅度。==14.844m（1）在R=7.5m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>Force/Moment>OnKeypoints，彈出ApplyF/MOnKeypoints對話框。這是鼠標變成黑色箭頭，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鍵點，被拾取的關鍵點以黃色小方框顯示。如圖2-36所示。圖2-36點OK，彈出ApplyF/MOnKeypoints對話框，如圖2-37所示。在第一行Directionoffoce/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Constantvalue，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/momentvalue欄中添-4787.3。負號表示沿Y軸反方向。點OK關閉對話框。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、風載荷露天工作的起重機應考慮風載荷，并認為風載荷是一種沿任意方向的水平力。起重機風載荷分為工作狀態(tài)風載荷和非工作狀態(tài)風載荷。工作狀態(tài)風載荷是起重機在正常工作情況下能承受的最大計算風力。非工作狀態(tài)風載荷是起重機非工作狀態(tài)下說受的最大計算風力（如包風產(chǎn)生的風力）。風載荷按下式進行計算：式中：——作用在起重機上或重物上的風載荷（N）；C——風力系數(shù)；——風壓高度系數(shù)；——計算風壓（N/m2）；A——起重機或物品垂直于風向的迎風面積（m2）。（1）計算風壓q計算風壓規(guī)定為按空曠地區(qū)離地10m高度處的計算風速來確定。工作狀態(tài)的計算風速按陣風風速（即瞬時風速）考慮，非工作狀態(tài)的計算風速按2分鐘時距的平均風速考慮。計算風壓分三種：、、qⅢ。是起重機正常工作狀態(tài)下最大計算風壓，用于選擇電動機功率的阻力計算及機構零部件的發(fā)熱驗算；是起重機工作狀態(tài)最大計算風壓，用于計算機構零部件和金屬結構的強度、剛性幾穩(wěn)定性；qⅢ是起重機非工作狀態(tài)計算風壓，用于驗算此時起重機機構零部件及金屬結構的強度、整機抗傾覆穩(wěn)定性和起重機的防風抗滑安全裝置和錨定裝置的設計計算。在此，我們考慮的是工作狀態(tài)下，機構零部件和金屬結構的強度，因此選用，查《塔式起重機設計規(guī)范》GB/T13752—92，取=250N/m2。（2）風壓高度變化系數(shù)起重機的工作狀態(tài)計算風壓不考慮高度變化，取=1。所有起重機的非工作狀態(tài)計算風壓均需考慮高度變化。（3）風力系數(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，在側向風力作用下，其風力系數(shù)C可取1.3。（4）迎風面積A的計算：（a）吊重迎風面積應按其實際輪廓尺寸在垂直于風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。吊重迎風面積的近似估計值（部分）吊重質量（t）12358迎風面積（m2）12356利用插值計算的方法計算在7.5m、15m、29.375m、56m處吊重的迎風面積。Ⅰ、在7.5m處，吊重6000kg，即6噸A=5.333Ⅱ、在15m處，吊重5931.692kg，即5.931tA=5.310Ⅲ、在29.375m處，吊重2806.238kg，即2.806tA=2.806Ⅳ、在56m處，吊重1300kg，即1.3tA=1.3（b）吊臂的迎風面積Ⅰ、第一、二節(jié)吊臂的迎風面積：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。迎風面積等于上弦桿、下弦桿和斜腹桿及水平腹桿的面積總和。Ⅱ、第三、四、五節(jié)吊臂的迎風面積：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。迎風面積等于上弦桿、下弦桿和斜腹桿及水平腹桿的面積總和。Ⅲ、第六、七節(jié)吊臂的迎風面積：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載荷：Ⅰ、在7.5處吊重的迎風面積5.333，吊臂的迎風面積19.559，總的迎風面積。根據(jù)，得：Ⅱ、在15處吊重的迎風面積5.310，吊臂的迎風面積19.559，總的迎風面積。根據(jù)，得：Ⅲ、在29.375處吊重的迎風面積2.806，吊臂的迎風面積19.559，總的迎風面積。根據(jù)，得：Ⅳ、在56處吊重的迎風面積1.3，吊臂的迎風面積19.559，總的迎風面積。根據(jù)，得：（d）施加風載荷到模型風載荷作用在吊臂的迎風面上，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，作用在吊臂迎風面的所有節(jié)點上。在吊臂的迎風面上（即模型的前視圖）有100個節(jié)點，將風載荷平分成100份，以集中載荷的形式施加到吊臂迎風面的節(jié)點上。MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnKeypoints，彈出ApplyF/MOnKeypoints對話框。這是鼠標變成黑色箭頭，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鍵點，被拾取的關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面上100個點后，單擊ApplyF/MOnKeypoints對話框中的OK，彈出ApplyF/MOnKeypoints窗口，在窗口中選擇施加的風載荷的方向和大小。以在56處吊重為例，風載荷是沿任意方向的水平力，在載荷方向中選擇FZ，在56處的計算風載荷為6779.175，分布到100個節(jié)點上，為67.79175，負號表示沿Z軸反方向作用。如圖2-40圖2-40施加完風載荷模型如圖2-41所示。圖2-414、水平慣性載荷吊臂本身具有一定的質量，在回轉起、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：水平回轉慣性力計算公式：式中：——每節(jié)吊臂的質量，；——啟動時吊臂的回轉角加速度，；——每節(jié)吊臂重心到回轉中心的距離，?！醣刍剞D時的角速度，；——吊臂回轉時啟動加速時間，。Ⅰ、計算第一節(jié)