一種參數(shù)化仿真在橋式抓斗卸船機安全評估中的應用方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種參數(shù)化仿真在橋式抓斗卸船機安全評估中的應用方法。
【背景技術】
[0002]起重機是國民經(jīng)濟建設的重要基礎設施，也是與人民群眾生活關系極其密切的設施，其中卸船機更是扮演著舉足輕重的作用。卸船機金屬結(jié)構(gòu)的主要作用是承受卸船機自重及外載荷，并構(gòu)成必要的工作體系和運動空間，以完成卸船機的各項功能，所以金屬結(jié)構(gòu)的安全性顯得至關重要。橋式抓斗卸船機作為散貨碼頭的主要取料設備，其安全性能的好壞直接關系到碼頭是否能夠正常運作，一旦橋式抓斗卸船機出現(xiàn)故障，就會產(chǎn)生連鎖反應，導致整個泊位裝卸工藝系統(tǒng)受損，造成巨大的經(jīng)濟損失。為了對設備進行科學、有效的管理，保證其安全使用，在起重機使用一定年限后對其金屬結(jié)構(gòu)進行安全評價有著重要的意義。TSG Q7015-2008《起重機械定期檢驗規(guī)則》第14條規(guī)定“對于使用超過15年以上、處于嚴重腐蝕環(huán)境(如海邊、潮濕地區(qū)等)或者強風區(qū)域、使用頻率高的大型起重機械，應當根據(jù)具體情況有針對性地增加其他檢驗手段，必要時根據(jù)大型起重機械實際安全狀況和使用單位安全管理水平能力，進行安全評估。”橋式抓斗卸船機大多在海邊使用，使用環(huán)境惡劣，空氣潮濕且粉塵密度高，容易發(fā)生銹蝕，且卸船機工作級別高，以上因素綜合起來極易導致卸船機發(fā)生安全事故。所以，近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和社會大眾安全意識的提高，對起重機的安全運行提出了越來越高的要求，越來越多的起重機需要進行安全評估。
[0003]在對卸船機進行安全評估時，存在大量結(jié)構(gòu)類似的卸船機，不同的只是一些尺寸參數(shù)，如果對每一臺待評估卸船機分別從頭開始進行建模分析，這樣勢必會耗費大量時間，大大提高了人力成本，延長了向卸船機使用單位出具評估報告的時間。為克服上述重復建模與分析帶來的問題，在有限元建模與分析過程中，引入?yún)?shù)化的有限元建模思想，使有限元建模與分析實現(xiàn)參數(shù)化，從而提高有限元分析的效率。本專利涉及成果將對起重機安全評估技術產(chǎn)生推動作用，提高安全評估工作效率，這將為起重機安全作業(yè)保駕護航、促進經(jīng)濟快速穩(wěn)定發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種參數(shù)化仿真在橋式抓斗卸船機安全評估中的應用方法，該方法包括以下步驟:
[0005]一種參數(shù)化仿真在橋式抓斗卸船機安全評估中的應用方法，該方法包括:
[0006]A對模型進行簡化，選擇單元類型和坐標系；
[0007]B創(chuàng)建參數(shù)化模型；
[0008]C對邊界條件進行參數(shù)化；
[0009]D對強度分析和模態(tài)分析進行參數(shù)化，
[0010]E將結(jié)果查看過程進行參數(shù)化；
[0011]F根據(jù)強度分析和模態(tài)分析結(jié)果指導應力測試和振動測試，并將強度分析結(jié)果和模態(tài)分析結(jié)果分別與應力測試結(jié)果和振動測試結(jié)果進行對比分析；
[0012]G建立橋式抓斗卸船機參數(shù)化仿真分析系統(tǒng)。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的一個或多個實施例可以具有如下優(yōu)點:
[0014]本發(fā)明緊密圍繞橋式抓斗卸船機安全評估的實際需要，利用VB開發(fā)工具與ANSYS的參數(shù)化技術結(jié)合在一起，并利用參數(shù)化技術將建模、邊界條件、分析過程和結(jié)果查看等均實現(xiàn)參數(shù)化，開發(fā)一套橋式抓斗卸船機參數(shù)化仿真分析系統(tǒng)，使仿真分析具有快速、準確、實用性強等特點。
【附圖說明】
[0015]圖1是參數(shù)化仿真在橋式抓斗卸船機安全評估中的應用方法實現(xiàn)流程圖；
[0016]圖2是卸船機約束不意圖；
[0017]圖3是仿真分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)邏輯圖。
【具體實施方式】
[0018]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
[0019]一種參數(shù)化仿真在橋式抓斗卸船機安全評估中的應用方法，該方法包括:
[0020]步驟10對模型進行簡化，選擇單元類型和坐標系；
[0021]步驟20創(chuàng)建參數(shù)化模型；
[0022]步驟30對邊界條件進行參數(shù)化；
[0023]步驟40對強度分析和模態(tài)分析進行參數(shù)化；
[0024]步驟50對結(jié)果查看過程進行參數(shù)化；
[0025]步驟60根據(jù)強度分析和模態(tài)分析結(jié)果指導應力測試和振動測試，并將強度分析結(jié)果和模態(tài)分析結(jié)果與所述測試結(jié)果進行對比分析；
[0026]步驟70建立橋式抓斗卸船機參數(shù)化仿真分析系統(tǒng)。
[0027]上述步驟10具體包括:對模型進行簡化時，省略對結(jié)構(gòu)承載能力沒有影響的結(jié)構(gòu)，如梯子欄桿系統(tǒng)，忽略大質(zhì)量部件的形狀，而以質(zhì)量點的形式替代，省略起升系統(tǒng)的鋼絲繩，以力的形式替代。根據(jù)卸船機的結(jié)構(gòu)特點及ANSYS的單元特性選擇單元類型，選擇的單元為:①主體結(jié)構(gòu)如前后大梁、立柱等采用Beaml89單元前拉桿、后拉桿等采用Linkl80單元省略的大質(zhì)量部件如機器房、起升卷筒、電氣設備采用Mass21單元。在選擇坐標系時需充分利用卸船機結(jié)構(gòu)的對稱性，統(tǒng)一坐標系為直角坐標系，X正向為后大梁方向，Y正向為豎直向上的方向，坐標原點則選取在海側(cè)下橫梁的中點。
[0028]上述步驟20具體包括:創(chuàng)建參數(shù)化模型時，首先創(chuàng)建參數(shù)化幾何模型，然后創(chuàng)建參數(shù)化有限元模型。在創(chuàng)建幾何模型時，首先創(chuàng)建幾何模型所需的關鍵點以及方向關鍵點，各關鍵點的坐標值需實現(xiàn)參數(shù)化，然后將各關鍵點連接成線，并指定每條線的編號。在創(chuàng)建參數(shù)化有限元模型時，先創(chuàng)建截面屬性，截面屬性中的數(shù)值需全部實現(xiàn)參數(shù)化。卸船機各部件的截面形狀各有不同，如海側(cè)立柱的截面形狀為箱型，斜撐桿的截面形狀為圓管，海側(cè)中橫梁的截面形狀為工字型，而大梁的截面則為不規(guī)則形狀。其中箱型、圓管、工字型截面在ANSYS的單元截面庫中均有對應截面類型，在創(chuàng)建截面屬性時只需輸入對應截面幾何參數(shù)即可，而大梁的不規(guī)則形狀截面在創(chuàng)建截面屬性時則需輸入對應的截面力學參數(shù)。
[0029]上述步驟30具體包括:對邊界條件的參數(shù)化包括約束、耦合和載荷的參數(shù)化，圖2為卸船機約束示意圖，卸船機大車與軌道接觸的四點簡化為A、B、C、D四點，A-B方向為大梁方向，在模型中為X正向，C-B方向為軌道方向，在模型中為Z正向，Y正向為豎直向上。X、Y、Z方向的位移自由度分別記為Ux、Uy、Uz，繞X、Y、Z方向的旋轉(zhuǎn)自由度分別記為Rx、Ry、Rz。由于軌道的約束作用，所有點的Ux均約束；A、B點U 2均約束，C、D點U z均釋放；此外所有點的化均約束，且釋放R x、Ry、Rz。這些約束條件用APDL參數(shù)化語句描述，即可使約束實現(xiàn)參數(shù)化。前后拉桿與大梁及梯形架的鉸鏈通過耦合技術來實現(xiàn)。所有鉸鏈點的Rz均釋放，其他5個自由度均耦合。將這些耦合條件用APDL參數(shù)化語句描述，即可使耦合實現(xiàn)參數(shù)化。由于卸船機作業(yè)復雜，工況較多，所以在進行仿真分析時需要根據(jù)實際情況考慮各種計算工況。為了實現(xiàn)多工況載荷施加的參數(shù)化，需采用全工況多載荷步加載，其具體步驟為:對應節(jié)點上施加載荷一存儲為載荷步文件一刪除施加的載荷一循環(huán)施加下一工況的載荷一計算所有載荷步文件，最終得到各載荷步的計算結(jié)果。
[0030]上述步驟40中:將強度分析和模態(tài)分析的過程進行參數(shù)化，包括選擇分析類型、設置分析選項等。
[0031]上述步驟50中將結(jié)果查看過程進行參數(shù)化包括對應力云圖、最大應力、最大位移、固有頻率和振型圖實現(xiàn)結(jié)果查看參數(shù)化。
[0032]上述步驟60具體包括:根據(jù)強度分析的結(jié)果，指導應力測試方案的制定，同時得到自重應力，以彌補應力測試無法測出自重應力的不足，最后將強度分析結(jié)果與應力測試結(jié)果進行對比分析。根據(jù)模態(tài)分析得到的自振頻率和相應的振型，指導振動測試方案的制定，最后將模態(tài)分析結(jié)果與振動測試結(jié)果進行對比分析，為預防結(jié)構(gòu)共振提供參考。
[0033]上述步驟70具體包括:利用VB開發(fā)工具將ANSYS的參數(shù)化技術結(jié)合在一起，開發(fā)一套橋式抓斗卸船機參數(shù)化仿真分析系統(tǒng)。圖3為仿真分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)邏輯圖，圖3中左側(cè)為VB部分，右側(cè)為ANSYS部分。系統(tǒng)首先完成參數(shù)輸入，然后生成APDL文件，同時在后臺啟動ANSYS，接著ANSYS調(diào)用APDL完成計算并輸出計算結(jié)果，最后在仿真系統(tǒng)顯示計算結(jié)果O
[0034]雖然本發(fā)明所揭露的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術領域內(nèi)的技術人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。
【主權項】
1.一種參數(shù)化仿真在橋式抓斗卸船機安全評估中的應用方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: A對模型進行簡化，選擇單元類型和坐標系； B創(chuàng)建參數(shù)化模型； C對邊界條件進行參數(shù)化； D對強度分析和模態(tài)分析進行參數(shù)化， E將結(jié)果查看過程進行參數(shù)化； F根據(jù)強度分析和模態(tài)分析結(jié)果指導應力測試和振動測試，并將強度分析結(jié)果和模態(tài)分析結(jié)果分別與應力測試結(jié)果和振動測試結(jié)果進行對比分析； G建立橋式抓斗卸船機參數(shù)化仿真分析系統(tǒng)。2.如權利要求1所述的參數(shù)化仿真在橋式抓斗卸船機安全評估中的應用方法，其特征在于，所述步驟A中: 模型簡化是省略對結(jié)構(gòu)承載力沒有影響的結(jié)構(gòu)； 單元類型的選擇是根據(jù)卸船機的結(jié)構(gòu)特點和ANSYS的單元特性； 坐標系的選擇是根據(jù)卸船機構(gòu)的對稱性。3.如權利要求1所述的參數(shù)化仿真在橋式抓斗卸船機安全評估中的應用方法，其特征在于，所述步驟B中參數(shù)化模型包括參數(shù)化幾何模型和參數(shù)化有限元模型。4.如權利要求1所述的參數(shù)化仿真在橋式抓斗卸船機安全評估中的應用方法，其特征在于，所述步驟C中邊界條件參數(shù)化包括:約束、耦合和載荷的參數(shù)化。5.如權利要求1所述的參數(shù)化仿真在橋式抓斗卸船機安全評估中的應用方法，其特征在于，所述步驟D中:對強度分析和模態(tài)分析進行參數(shù)化包括選擇分析類型和設置分析選項。6.如權利要求1所述的參數(shù)化仿真在橋式抓斗卸船機安全評估中的應用方法，其特征在于，所述步驟E中結(jié)果查看過程的參數(shù)化包括應力云圖、最大應力、最大位移、固有頻率和振型圖實現(xiàn)結(jié)果查看參數(shù)化。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種參數(shù)化仿真在橋式抓斗卸船機安全評估中的應用方法，包括：對模型進行簡化，選擇單元類型和坐標系；創(chuàng)建參數(shù)化模型；對邊界條件進行參數(shù)化；對強度分析和模態(tài)分析進行參數(shù)化，將結(jié)果查看過程進行參數(shù)化；根據(jù)強度分析和模態(tài)分析結(jié)果指導應力測試和振動測試，并分別將強度分析結(jié)果與模態(tài)分析結(jié)果與應力測試結(jié)果進行對比分析；建立橋式抓斗卸船機參數(shù)化仿真分析系統(tǒng)。本發(fā)明緊密圍繞橋式抓斗卸船機安全評估的實際需要，利用VB開發(fā)工具與ANSYS的參數(shù)化技術結(jié)合在一起，并利用參數(shù)化技術將建模、邊界條件、分析過程和結(jié)果查看等均實現(xiàn)參數(shù)化，開發(fā)一套橋式抓斗卸船機參數(shù)化仿真分析系統(tǒng)，使仿真分析具有快速、準確、實用性強等特點。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN104915526
【申請?zhí)枴緾N201510394555
【發(fā)明人】劉金, 黃國健, 陳敏, 彭啟鳳, 謝超, 王新華
【申請人】廣州特種機電設備檢測研究院
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年7月6日