卷筒的有限元分析

发布日期:2021-03-24

  有时,传统的卷简壁厚设计与稳定性校核方法会有些许的误差,故对起重机卷筒进行了有限元分析。充分考虑绳槽对稳定性的影响,把绳槽作为环肋加到卷筒壁厚中。传统的卷筒壁厚设计和稳定性校核方法是非常保守的。通过有限元分析,在安全可靠的基础上,可以减薄卷筒的壁厚。

卷筒的有限元分析

卷筒的有限元模型建立

  在建立卷筒的有限元模型时,由于卷筒受力较为复杂,绳槽截面又较为特殊,故需先作些简化。

  1、模型简化

  在卷筒模型简化时将卷筒和绳槽作如下假设:

  (1)卷筒是圆柱薄壳,材料均质且各向同性;

  (2)绳槽作为环肋加到卷筒壁厚中,且它并不参与纵向的承载,把环肋简化为梁单元加到卷筒上;

  (3)同一绳圈中的张力为常数,压力均匀分布在卷筒容绳宽度上;

  (4)忽略卷筒所受的扭转和弯曲应力,只在卷筒外表面施加径向外压。

  2、边界条件处理

  因卷筒可绕轴转动,卷筒一端视为固定约束(限制5个自由度),另一端简支,可沿轴向微小移动(限制4个自由度)。

  3、单元类型、网格划分

  采用壳体单元类型: Shell63;由于采用三维壳体单元,对整个模型进行网格划分可以适当稀疏一些,并不影响精度。对于有绳槽卷筒模型,因要把绳槽作为梁加到壳体上,槽距是一定的,且在划分单元时要尽量使单元的长宽比合适,长度方向上的单元不能超过槽距。

卷筒的有限元分析

  传统的卷筒壁厚稳定性校核方法遇到一些特殊情况时,就会出现稳定性不满足的情况,如果在此基础上再减薄卷简壁厚,那稳定性就更无法满足。而实际上这个壁厚能满足要求,由此说明该校核公式很保守而不再适用,下面采用有限元方法来进行分析。

  应用有限元软件ANSYS建立4种模型:(1)光面卷筒模型;(2)具有标准绳槽的卷筒模型;(3)具有深绳槽的卷简模型;(4)一般绳槽尺寸卷筒模型(一种介于标准绳槽和深绳槽之间)。为了建模的方便起见,绳槽节距不变,而绳槽的其它参数由经验公式确定,不同的绳槽体现在绳槽截面上。

  各种绳槽的卷筒在不同厚度下的临界压力分析结果如下图所示。

卷筒的有限元分析1.光面卷筒模型  2.具有标准绳槽的卷筒模型  3.一般绳槽尺寸卷筒模型  4.具有深绳槽的卷简模型

  从图中可以看出:卷筒绳槽尺寸越大,壁厚越厚,其临界屈曲压力越高,尤其是后者的影响更为显著。当壁厚较薄时,绳槽的作用比较明显。

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