基于SimSolid的某橋式起重機主梁不同分析參數的對比分析
技術鄰用戶：ph007
對某橋式起重機主梁進行靜力分析，得到其應力與位移分布情況。針對SimSolid中不同的分析參數對分析結果對比，嘗試找出規律，為今后的其他分析提供參考。
1. 軟件使用
SimSolid 2019.0.0.2662.
2. 材料參數
選取軟件材料庫中的默認材料Steel為該起重機主梁的材料。
3. 模型建立
將UG中建立的起重機主梁三維模型直接導入SimSolid中。
起重機主梁是一個焊接而成的部件，故直接采用Automatic Connections命令建立各個板件之間的連接關系。本次模型中，共形成362對連接關系，分析中采用Bonded類型。
圖1 起重機主梁的362對連接關系
為了后續操作方便、準確地添加約束，建立4個臺車的假體模型，并利用Set part rigid命令將其設置為非變形體。同時主梁與臺車假體之間，利用Virtual connectors中的Rotating Pin類型進行連接。
圖2 起重機主梁與臺車假體之間通過虛擬銷軸連接
在軌道跨中位置，根據起重機小車的車輪位置，建立8個Spot區域，方便后續施加載荷。
圖3 起重機主梁的8個Spot區域
4. 載荷工況
整個主梁的4個臺車處采用簡支約束；每個Spot區域加載-Z向100t的作用力；考慮自重。
圖4 載荷工況示意圖
5. 分析參數設置
在SimSolid軟件的Project solution settings中的3個參數：Max number of adaptive solution；Adapt to features；Adapt to thin solids。
本文所分析的起重機主梁由許多板件焊接而成，并且有圓角、門洞等應力集中的區域，故這3個分析參數對該主梁的分析結果均會有影響。為此，本文做了以下12組對比分析：
表1 設置對比
1 |
Max number of adaptive solution 3 |
2 |
Max number of adaptive solution 3 |
3 |
Max number of adaptive solution 3 |
4 |
Max number of adaptive solution 3 |
5 |
Max number of adaptive solution 4 |
6 |
Max number of adaptive solution 4 |
7 |
Max number of adaptive solution 4 |
8 |
Max number of adaptive solution 4 |
9 |
Max number of adaptive solution 5 |
10 |
Max number of adaptive solution 5 |
11 |
Max number of adaptive solution 5 |
12 |
Max number of adaptive solution 5 |
6. 分析結果
本文主要提取起重機主梁在該工況下的最大位移、應力分布、最大應力以及在門洞A，門洞B以及圓角處這3個應力集中區域的最大應力的結果進行對比。
圖5 應力集中區域
1) 最大位移
12種分析參數下，每個分析結果下的最大位移值如下表所示。其中最小值34.23mm，最大值36.48mm，最小值與最大值之間相差約6.5%。
表2 最大位移對比
求解設置 |
最大位移（mm） |
|
1 |
Max number of adaptive solution 3 |
34.23 |
2 |
Max number of adaptive solution 3 |
35.48 |
3 |
Max number of adaptive solution 3 |
36.41 |
4 |
Max number of adaptive solution 3 |
36.32 |
5 |
Max number of adaptive solution 4 |
34.59 |
6 |
Max number of adaptive solution 4 |
35.88 |
7 |
Max number of adaptive solution 4 |
36.45 |
8 |
Max number of adaptive solution 4 |
36.41 |
9 |
Max number of adaptive solution 5 |
34.86 |
10 |
Max number of adaptive solution 5 |
36.11 |
11 |
Max number of adaptive solution 5 |
36.48 |
12 |
Max number of adaptive solution 5 |
36.39 |
2) 最大應力
12種分析參數下，每個分析結果下的最大應力及所處位置如下表所示。可以看出不同分析參數下，最大應力值差別很大，主要差別在各個應力集中區域。
表3 最大應力對比
最大應力（MPa） |
最大應力所處位置 |
||
1 |
Max number of adaptive solution 3 |
182 |
主梁跨中下蓋板 |
2 |
Max number of adaptive solution 3 |
210 |
圓角處上方另一圓角 |
3 |
Max number of adaptive solution 3 |
318 |
腹板厚薄板對接處 |
4 |
Max number of adaptive solution 3 |
211 |
主梁跨中軌道 |
5 |
Max number of adaptive solution 4 |
159 |
主梁跨中下蓋板 |
6 |
Max number of adaptive solution 4 |
225 |
門洞A |
7 |
Max number of adaptive solution 4 |
312 |
腹板厚薄板對接處 |
8 |
Max number of adaptive solution 4 |
221 |
主梁跨中軌道 |
9 |
Max number of adaptive solution 5 |
163 |
主梁跨中下蓋板 |
10 |
Max number of adaptive solution 5 |
231 |
門洞A |
11 |
Max number of adaptive solution 5 |
325 |
腹板厚薄板對接處 |
12 |
Max number of adaptive solution 5 |
232 |
門洞A |
3) 應力分布云圖
12種分析參數下，每個分析結果下的應力分布如圖所示。云圖設定中，統一為上限160MPa，下限0MPa。從圖中可以看出，不管何種分析參數，其整體應力云圖的分布非常接近、類似。因此可認為，除應力集中區域外的大部分區域，其應力分析結果與分析參數的設定關系較小。
圖6 不同分析參數下的應力分布云圖
4) 門洞A處最大應力
12種分析參數下，每個分析結果下的門洞A處最大應力如表所示。其最大應力值相差較多，在無Adapt to thin solids的分析結果中，該處應力集中趨勢不明顯。
表4 門洞A最大應力對比
門洞A處最大應力 |
||
1 |
Max number of adaptive solution 3 |
118 |
2 |
Max number of adaptive solution 3 |
136 |
3 |
Max number of adaptive solution 3 |
184 |
4 |
Max number of adaptive solution 3 |
202 |
5 |
Max number of adaptive solution 4 |
149 |
6 |
Max number of adaptive solution 4 |
225 |
7 |
Max number of adaptive solution 4 |
210 |
8 |
Max number of adaptive solution 4 |
209 |
9 |
Max number of adaptive solution 5 |
154 |
10 |
Max number of adaptive solution 5 |
231 |
11 |
Max number of adaptive solution 5 |
210 |
12 |
Max number of adaptive solution 5 |
232 |
5) 門洞B處最大應力
12種分析參數下，每個分析結果下的門洞B處最大應力如表所示。其最大應力值相差較多，在無Adapt to thin solids，無Adapt to features的分析結果中，該處沒有應力集中趨勢。
表4 門洞B最大應力對比
門洞B處最大應力 |
||
1 |
Max number of adaptive solution 3 |
32 |
2 |
Max number of adaptive solution 3 |
78 |
3 |
Max number of adaptive solution 3 |
138 |
4 |
Max number of adaptive solution 3 |
152 |
5 |
Max number of adaptive solution 4 |
63 |
6 |
Max number of adaptive solution 4 |
121 |
7 |
Max number of adaptive solution 4 |
148 |
8 |
Max number of adaptive solution 4 |
160 |
9 |
Max number of adaptive solution 5 |
65 |
10 |
Max number of adaptive solution 5 |
152 |
11 |
Max number of adaptive solution 5 |
150 |
12 |
Max number of adaptive solution 5 |
161 |
6) 圓角處最大應力
12種分析參數下，每個分析結果下的門洞B處最大應力如表所示。其最大應力值相差較多，但無論何種分析參數，均有明顯的應力集中趨勢。
表5 圓角處最大應力對比
圓角處最大應力 |
||
1 |
Max number of adaptive solution 3 |
116 |
2 |
Max number of adaptive solution 3 |
156 |
3 |
Max number of adaptive solution 3 |
174 |
4 |
Max number of adaptive solution 3 |
165 |
5 |
Max number of adaptive solution 4 |
122 |
6 |
Max number of adaptive solution 4 |
156 |
7 |
Max number of adaptive solution 4 |
178 |
8 |
Max number of adaptive solution 4 |
168 |
9 |
Max number of adaptive solution 5 |
134 |
10 |
Max number of adaptive solution 5 |
164 |
11 |
Max number of adaptive solution 5 |
178 |
12 |
Max number of adaptive solution 5 |
172 |
7. 結論
1) SimSolid軟件整體計算穩定性良好，具有較高的計算置信度。
2) 根據分析模型的特點，選擇不同的分析參數設定，可進一步提高計算置信度。如板材結構中選擇Adapt to thin solids參數；關注應力集中區域則選擇Adapt to features參數。
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