苏州大学 机电学院
摘要：随着经济的快速发展，起重机在工程的实际中的作用也越来越重要。但是因为长期的高负荷工作，起重机出现了很多问题，其中起重机主梁结构的疲劳裂纹故障工程实际中最常见的。本文就在有限元软件的前提下对铸造起重机的主梁结构进行分析。
关键词：有限元软件；铸造起重机；主梁结构
起重机在工程机械及钢铁企业中主要是用于物料的装卸、运输等。目前，随着工业的发展，起重机在工业生产中的应用也是比较广泛的，起重机的应用在很大程度上减少了人力劳动，提高了生产效率。但是在实际的生产应用中，起重机因为长期的疲劳工作会出现很多故障，这些故障严重影响了企业生产和效益。通过有限元可以对铸造起重机的主梁结构进行非常全面的分析，能够更容易的找出起重机发生故障的原因，然后提出相应的修补措施，并对修补前后的主梁结构进行分析，从而证明修补措施是否有效。
1、有限元软件的概述
有限元软件是基于结构力学快速发展起来的一种现代的计算方法，是通过应用一种有效的数值分析方法对力学领域中一些连续性问题进行分析的一种方法。目前，较为常见的有限元软件主要有：ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS等。有限元单元法的分析原理就是把复杂的问题简单化，然后再给出解决方案。有限元单元法会把问题分成几个单元，然后对每个单元进行分析，求出一个近似的数值，然后根据分析得出最后的解。显然这个最后的解是近似值，如果要应用到工程实际中还需要用过单元不断细化以接近精确值。
有限元单元法具备一定的灵活性和实用性，在实际的应用中也比较方便，有限元单元法可以采取相应的方式对工程中遇到的一些复杂的问题，比如复杂的载荷情况、边界条件、构件形状等问题进行简化处理，从而降低这些问题求解的难度。在有限元单元法的应用中要注意的是：由于不同类型的有限元软件的侧重部分不同，所以在针对问题选择有限元软件时，要根据自身所要分析的类型进行选择。而且在建立的有限元模型时，与实际的结构不能有太大的差异，对模型施加的边界条件和载荷也应该根据实际的情况确定，因为建立的模型比较准确的话，最后的计算结果也会更精确。此外，要对计算结果进行合理的细化，单元划分数量越多，得出的结果越精确[1]。
2、有限元软件的原理
有限元软件在工程实际中的应用可以分为两步进行：将连续的求解问题离散化、对计算结果进行细化。有限元单元法就是通过这两步把一个复杂的、连续的问题简化成简单的、离散的问题，从而使复杂的问题得以解决[2]。
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（1）将连续的求解问题离散化
把复杂的连续的问题进行离散化，就会随之产生很多新的求解方法，这些求解方法是把离散后产生的各个单元进行重新组合，这种新的组合能够使复杂问题的解更接近精确值，也能更好的模拟。有限元单位法就是利用求出各个单元的满足条件，进而求出整体的满足条件，新的求解方法是对离散后产生的各个单元的进行组合，组合过程中存在着多种方法，所以会有很多的求解方式，这样就能实现对各种复杂外形问题分析求解的更好的模拟。
（2）离散后的单元的求解过程
有限单元法是把整体的问题用一个未知场函数代替，在离散后的每个单元上假设一个近似函数，最后由各个单位的近似函数来表示未知场函数。离散过程中会出现许多单元，随着单元的产生也会有与单元相对应的单元节点产生，单元上的近似函数就是通过未知场函数给每个单元节点的插值函数和数值展现出来的，也就是把整体的问题简化成各个插值函数和数值，然后求解。
在求出单位节点处的插值函数和数值之后，就能确定单元的近似函数，接着就能根据这些近似函数求出未知场函数，使整体的问题得以解决。而且在求解过程中，单元节点的数量越多，最后求的解也会越精确。也就是离散单元的数量越多，单元节点也就也多，得到的插值函数和数值也会越多，就可以使有限元单元法的近似解与精确解更接近。
2、基于有限元软件对铸造起重机的主梁结构分析
铸造起重机是由钢板焊接而成的大型结构件，主梁是其结构的主要组成部分，主要是用来安装各种机械设备，装卸物料及其他工作载荷。铸造起重机整体是属于板壳结构，它所承受的是空间力系，在长期的载荷工作中，铸造起重机的主梁就会出现一些问题，因为这些问题比较复杂，很难找出直接的解决方法，在这种情况下就可以利用有限元软件对其结构进行分析。
在工程实际中可以利用有限元软件对铸造起重机主梁结构进行详细的分析，比如说：对铸造起重机主梁结构的静强度进行分析，能够得出疲劳裂纹产生的原因；依据断裂力学对主梁疲劳裂纹进行寿命估算，能够与计算出含有最初的缺陷的主梁的扩展寿命，以此说明铸造起重机主梁需要修补，并且给出相应的修补措施，完成主梁的修补工作后，利用有限元软件对修补后的主梁再次进行分析，然后对修补前后的主梁结构进行对比分析，能够证明修复措施是否可行；通过有限元修复后的主梁裂纹进行模拟，对修补后的主梁的工作应力和应力强度因子进行计算，根据计算结果能够估算主梁的剩余使用寿命，能够进一步证明修补措施的有效性[3]。
有限元软件是把铸造起重机在实际应用中遇到的一些复杂的问题进行简单化，对铸造起重机的主梁结构进行多方面的分析，把复杂的构件形状、载荷、边界条件等问题进行简化处理，分成几个单元，并对每个单元进行求解，最后得出整体的一个近似解，进而找出铸造起重机出现故障的原因。针对出现问题的原因进行分析，给出相应的修补措施，然后再对修补前后的主梁的结构进行对比分析，能够对修补措施的有效性进行验证，确定修补措施是否可行。
结束语
本文通过对有限元软件基本概念和原理进行介绍，对有限元软件分析在铸造起重机的主梁结构进行简单的探究，说明有限元软件在工程机械中应用的是十分有效的，而且有限元软件通过把复杂的问题简单化，能够更好的解决工程实际中遇到的一些复杂的、连续的问题，从而使工程实际中遇到的复杂的难题得以解决。
参考文献：
[1]敬东，唐卫国，李志峰.基于有限元的冶金起重机主梁结构安全评估[J].机电一体化，2014，（02）：38-41.
[2]潘变，王宗彦，朱学敏，吴淑芳，秦慧斌.基于有限元法的桥式起重机主梁分析与优化[J].煤矿机械，2013，（01）：24-26.
[3]李伟忠，刘延雷，储进科，邢丽静，武善军.基于有限元的双小车起重机主梁结构优化[J].起重运输机械，2013，（11）：9-13.
论文作者:朱建勇,卫瑞元
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期供稿
论文发表时间:2015/12/2
标签：有限元论文; 单元论文; 起重机论文; 结构论文; 软件论文; 函数论文; 求出论文; 《基层建设》2015年17期供稿论文;