SolidWorks在起重机虚拟产品设计中的应用

二、产品的设计验证

    对于桁架式起重机，传统的设计方法是对其进行强度、刚度和稳定性计算，以保证起重机的安全可靠。要达到安全设计，比较可靠的办法就是做试验，但是需要大量的试验经费，且研发周期不能满足高速发展的社会需求。这就有必要找到一种快捷的数值模拟计算方法，比较精确地模拟起重机的实际工况。

    SolidWorks Simulation是一个与SolidWorks完全集成的设计分析系统，它提供了单一的屏幕解决方法来进行应力分析、频率分析及扭曲分析等。凭借着快速解算器的强有力支持，用户使用个人计算机就能快速解决复杂计算问题。

    对于起重机，主要承受其本身自重、风载荷、运行冲击载荷及起吊重物的重最。通过理论分析可以确定采用结构线性静态分析，由于整机结构系统均由梁结构组成，故采用梁单元。梁单元是把框架分解成很小的直杆，并应用相似的变形到每个直杆。每个直杆有两个节点，每个节点有6个自由度。例如图6所示的框架结构，采用梁单元可以划分为网格结构，如图7所示。

图6 框架三维模型

图7 横梁单元网格结构

    在计算刚度时，小车的自重和载荷以集中质量单元的方式加载在相应的节点上。基于这种方法，对模型进行了如下几种工况的分析。

    1.工况一

    小车位于门机跨中，固定刚性支腿和柔性支腿，即对两腿的支撑处进行了6个自由度的完全约束。

    以理想状态计算，材料为0235，其力学特性分别为：材料密度ρ＝7.85×10^-6 kg/mm³，弹性模量E=  2.1×10⁵MPa，泊松比ν=0.3，剪切模量G=8.1×10⁴N/mm²，许用应力177MPa。承受60t的载荷(方向垂直向下)，其分析结果如图8和图9所示。结果显示，整机最大等效应力值为107MPa,小于材料许用应力177MPa，位于主梁跨中下方，满足强度和刚度要求。

图8 小车位于门机跨中，承栽60t的整机位移分布图

图9 小车位于门机跨中，承载60t的整机应力分布图