CN104915526A - 一种参数化仿真在桥式抓斗卸船机安全评估中的应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种参数化仿真在桥式抓斗卸船机安全评估中的应用方法，包括：对模型进行简化，选择单元类型和坐标系；创建参数化模型；对边界条件进行参数化；对强度分析和模态分析进行参数化，将结果查看过程进行参数化；根据强度分析和模态分析结果指导应力测试和振动测试，并分别将强度分析结果与模态分析结果与应力测试结果进行对比分析；建立桥式抓斗卸船机参数化仿真分析***。本发明紧密围绕桥式抓斗卸船机安全评估的实际需要，利用VB开发工具与ANSYS的参数化技术结合在一起，并利用参数化技术将建模、边界条件、分析过程和结果查看等均实现参数化，开发一套桥式抓斗卸船机参数化仿真分析***，使仿真分析具有快速、准确、实用性强等特点。

Description

一种参数化仿真在桥式抓斗卸船机安全评估中的应用方法
技术领域
本发明涉及一种参数化仿真在桥式抓斗卸船机安全评估中的应用方法。
背景技术
起重机是国民经济建设的重要基础设施，也是与人民群众生活关系极其密切的设施，其中卸船机更是扮演着举足轻重的作用。卸船机金属结构的主要作用是承受卸船机自重及外载荷，并构成必要的工作体系和运动空间，以完成卸船机的各项功能，所以金属结构的安全性显得至关重要。桥式抓斗卸船机作为散货码头的主要取料设备，其安全性能的好坏直接关系到码头是否能够正常运作，一旦桥式抓斗卸船机出现故障，就会产生连锁反应，导致整个泊位装卸工艺***受损，造成巨大的经济损失。为了对设备进行科学、有效的管理，保证其安全使用，在起重机使用一定年限后对其金属结构进行安全评价有着重要的意义。TSG Q7015-2008《起重机械定期检验规则》第14条规定“对于使用超过15年以上、处于严重腐蚀环境(如海边、潮湿地区等)或者强风区域、使用频率高的大型起重机械，应当根据具体情况有针对性地增加其他检验手段，必要时根据大型起重机械实际安全状况和使用单位安全管理水平能力，进行安全评估。”桥式抓斗卸船机大多在海边使用，使用环境恶劣，空气潮湿且粉尘密度高，容易发生锈蚀，且卸船机工作级别高，以上因素综合起来极易导致卸船机发生安全事故。所以，近年来，随着经济的快速发展和社会大众安全意识的提高，对起重机的安全运行提出了越来越高的要求，越来越多的起重机需要进行安全评估。
在对卸船机进行安全评估时，存在大量结构类似的卸船机，不同的只是一些尺寸参数，如果对每一台待评估卸船机分别从头开始进行建模分析，这样势必会耗费大量时间，大大提高了人力成本，延长了向卸船机使用单位出具评估报告的时间。为克服上述重复建模与分析带来的问题，在有限元建模与分析过程中，引入参数化的有限元建模思想，使有限元建模与分析实现参数化，从而提高有限元分析的效率。本专利涉及成果将对起重机安全评估技术产生推动作用，提高安全评估工作效率，这将为起重机安全作业保驾护航、促进经济快速稳定发展。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种参数化仿真在桥式抓斗卸船机安全评估中的应用方法，该方法包括以下步骤：
一种参数化仿真在桥式抓斗卸船机安全评估中的应用方法，该方法包括：
A对模型进行简化，选择单元类型和坐标系；
B创建参数化模型；
C对边界条件进行参数化；
D对强度分析和模态分析进行参数化，
E将结果查看过程进行参数化；
F根据强度分析和模态分析结果指导应力测试和振动测试，并将强度分析结果和模态分析结果分别与应力测试结果和振动测试结果进行对比分析；
G建立桥式抓斗卸船机参数化仿真分析***。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
本发明紧密围绕桥式抓斗卸船机安全评估的实际需要，利用VB开发工具与ANSYS的参数化技术结合在一起，并利用参数化技术将建模、边界条件、分析过程和结果查看等均实现参数化，开发一套桥式抓斗卸船机参数化仿真分析***，使仿真分析具有快速、准确、实用性强等特点。
附图说明
图1是参数化仿真在桥式抓斗卸船机安全评估中的应用方法实现流程图；
图2是卸船机约束示意图；
图3是仿真分析***结构逻辑图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
一种参数化仿真在桥式抓斗卸船机安全评估中的应用方法，该方法包括：
步骤10对模型进行简化，选择单元类型和坐标系；
步骤20创建参数化模型；
步骤30对边界条件进行参数化；
步骤40对强度分析和模态分析进行参数化；
步骤50对结果查看过程进行参数化；
步骤60根据强度分析和模态分析结果指导应力测试和振动测试，并将强度分析结果和模态分析结果与所述测试结果进行对比分析；
步骤70建立桥式抓斗卸船机参数化仿真分析***。
上述步骤10具体包括：对模型进行简化时，省略对结构承载能力没有影响的结构，如梯子栏杆***，忽略大质量部件的形状，而以质量点的形式替代，省略起升***的钢丝绳，以力的形式替代。根据卸船机的结构特点及ANSYS的单元特性选择单元类型，选择的单元为：①主体结构如前后大梁、立柱等采用Beam189单元；②前拉杆、后拉杆等采用Link180单元；③省略的大质量部件如机器房、起升卷筒、电气设备采用Mass21单元。在选择坐标系时需充分利用卸船机结构的对称性，统一坐标系为直角坐标系，X正向为后大梁方向，Y正向为竖直向上的方向，坐标原点则选取在海侧下横梁的中点。
上述步骤20具体包括：创建参数化模型时，首先创建参数化几何模型，然后创建参数化有限元模型。在创建几何模型时，首先创建几何模型所需的关键点以及方向关键点，各关键点的坐标值需实现参数化，然后将各关键点连接成线，并指定每条线的编号。在创建参数化有限元模型时，先创建截面属性，截面属性中的数值需全部实现参数化。卸船机各部件的截面形状各有不同，如海侧立柱的截面形状为箱型，斜撑杆的截面形状为圆管，海侧中横梁的截面形状为工字型，而大梁的截面则为不规则形状。其中箱型、圆管、工字型截面在ANSYS的单元截面库中均有对应截面类型，在创建截面属性时只需输入对应截面几何参数即可，而大梁的不规则形状截面在创建截面属性时则需输入对应的截面力学参数。
上述步骤30具体包括：对边界条件的参数化包括约束、耦合和载荷的参数化，图2为卸船机约束示意图，卸船机大车与轨道接触的四点简化为A、B、C、D四点，A-B方向为大梁方向，在模型中为X正向，C-B方向为轨道方向，在模型中为Z正向，Y正向为竖直向上。X、Y、Z方向的位移自由度分别记为Ux、Uy、Uz，绕X、Y、Z方向的旋转自由度分别记为Rx、Ry、Rz。由于轨道的约束作用，所有点的Ux均约束；A、B点Uz均约束，C、D点Uz均释放；此外所有点的Uy均约束，且释放Rx、Ry、Rz。这些约束条件用APDL参数化语句描述，即可使约束实现参数化。前后拉杆与大梁及梯形架的铰链通过耦合技术来实现。所有铰链点的Rz均释放，其他5个自由度均耦合。将这些耦合条件用APDL参数化语句描述，即可使耦合实现参数化。由于卸船机作业复杂，工况较多，所以在进行仿真分析时需要根据实际情况考虑各种计算工况。为了实现多工况载荷施加的参数化，需采用全工况多载荷步加载，其具体步骤为：对应节点上施加载荷→存储为载荷步文件→删除施加的载荷→循环施加下一工况的载荷→计算所有载荷步文件，最终得到各载荷步的计算结果。
上述步骤40中：将强度分析和模态分析的过程进行参数化，包括选择分析类型、设置分析选项等。
上述步骤50中将结果查看过程进行参数化包括对应力云图、最大应力、最大位移、固有频率和振型图实现结果查看参数化。
上述步骤60具体包括：根据强度分析的结果，指导应力测试方案的制定，同时得到自重应力，以弥补应力测试无法测出自重应力的不足，最后将强度分析结果与应力测试结果进行对比分析。根据模态分析得到的自振频率和相应的振型，指导振动测试方案的制定，最后将模态分析结果与振动测试结果进行对比分析，为预防结构共振提供参考。
上述步骤70具体包括：利用VB开发工具将ANSYS的参数化技术结合在一起，开发一套桥式抓斗卸船机参数化仿真分析***。图3为仿真分析***结构逻辑图，图3中左侧为VB部分，右侧为ANSYS部分。***首先完成参数输入，然后生成APDL文件，同时在后台启动ANSYS，接着ANSYS调用APDL完成计算并输出计算结果，最后在仿真***显示计算结果。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种参数化仿真在桥式抓斗卸船机安全评估中的应用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A对模型进行简化，选择单元类型和坐标系；
B创建参数化模型；
C对边界条件进行参数化；
D对强度分析和模态分析进行参数化，
E将结果查看过程进行参数化；
F根据强度分析和模态分析结果指导应力测试和振动测试，并将强度分析结果和模态分析结果分别与应力测试结果和振动测试结果进行对比分析；
G建立桥式抓斗卸船机参数化仿真分析***。
2.如权利要求1所述的参数化仿真在桥式抓斗卸船机安全评估中的应用方法，其特征在于，所述步骤A中：
模型简化是省略对结构承载力没有影响的结构；
单元类型的选择是根据卸船机的结构特点和ANSYS的单元特性；
坐标系的选择是根据卸船机构的对称性。
3.如权利要求1所述的参数化仿真在桥式抓斗卸船机安全评估中的应用方法，其特征在于，所述步骤B中参数化模型包括参数化几何模型和参数化有限元模型。
4.如权利要求1所述的参数化仿真在桥式抓斗卸船机安全评估中的应用方法，其特征在于，所述步骤C中边界条件参数化包括：约束、耦合和载荷的参数化。
5.如权利要求1所述的参数化仿真在桥式抓斗卸船机安全评估中的应用方法，其特征在于，所述步骤D中：对强度分析和模态分析进行参数化包括选择分析类型和设置分析选项。
6.如权利要求1所述的参数化仿真在桥式抓斗卸船机安全评估中的应用方法，其特征在于，所述步骤E中结果查看过程的参数化包括应力云图、最大应力、最大位移、固有频率和振型图实现结果查看参数化。
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