有限元分析法在起重設(shè)備管理中應(yīng)用
1.概述
在起重設(shè)備管理過程中，吊鉤是需要重點關(guān)注的部位。原因在于吊鉤是整臺起重機最重要的受力部位，為防止出現(xiàn)安全事故的發(fā)生，很多企業(yè)中對吊鉤一般是一年做一次檢側(cè)。但是日常起重設(shè)備管理過程中經(jīng)常要對吊鉤進(jìn)行檢查，檢測不可能在每次檢查過程中都要進(jìn)行，而是經(jīng)常采用放大鏡對吊鉤表面進(jìn)行觀察，及時早期發(fā)現(xiàn)裂紋做出處理。吊鉤是一個形狀及受力復(fù)雜的零件，日常檢查過程中需要重點關(guān)注的部位在哪里正是我們在這里所需要討論的問題。
通常經(jīng)驗告訴我們吊鉤的危險斷面在圖1所示部位，該部位是鋼絲繩與吊鉤接觸受力的部位，應(yīng)該是應(yīng)力最大的部位。但是其他部位的受力情況又是什么樣子呢?吊鉤應(yīng)該重點對哪些部位進(jìn)行檢查呢?我們知道，傳統(tǒng)材料力學(xué)的計算辦法對吊鉤這種形狀復(fù)雜的零件很難處理，受力分析無法進(jìn)行，這也是絕大多數(shù)人對吊鉤的受力情況僅僅建立在經(jīng)驗告知的危險斷面上。那么，吊鉤受力情況就沒有辦法做出準(zhǔn)確的分析么?
答案是否定的，隨粉科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在航空、汽車等先進(jìn)制造業(yè)中，有限元分析的辦法早已經(jīng)用于產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)的全過程，該辦法可有效地解決傳統(tǒng)計算方法中很難解決的問題，經(jīng)過多年的應(yīng)用被公認(rèn)為是切實可靠的。在此不對有限元法做過多的介紹，僅就吊鉤這個復(fù)雜的受力分析做出處理。
2.吊鉤受力分析
首先我們在pro/e當(dāng)中建立一個標(biāo)準(zhǔn)5t三維吊鉤模型，然后將這個吊鉤模型導(dǎo)入通用的有限元分析軟件algor當(dāng)中，在吊鉤的受力部位懸掛一假定的鋼絲繩，對兩者進(jìn)行網(wǎng)格化。對吊鉤的材料參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，在此給定dg20鋼的參數(shù)輸人到軟件中，然后對吊鉤進(jìn)行約束和受力加載。按照st吊鉤的最大受力49kn給定。約束部位設(shè)定在吊鉤上部與其他零件連接的螺紋處，假定此部位固定不動，以便于求解吊鉤的復(fù)雜曲面受力情況。
運行軟件，對吊鉤的受力情況進(jìn)行運算，得到如圖2、圖3、圖4中顯示吊鉤受到載荷后各部位應(yīng)力情況，受力的數(shù)值在每個圖的右上角顯示，隨顏色的變化遞增，通過對各角度截圖可以看到，傳統(tǒng)經(jīng)驗所認(rèn)定的危險截面正是吊鉤應(yīng)力最大的部位，也正是我們檢查中需要重點檢查的部位，其他部位在受力圖中也可以很清晰的看到。這樣，我們?nèi)粘z查需要重點關(guān)注的部位就一目了然了。
另外，我們還可以對模型進(jìn)行剖切，來觀察吊鉤內(nèi)部組織的受力情況。在這里僅僅對應(yīng)力問題的分析結(jié)果做介紹，其他如受力后各部位產(chǎn)生位移的情況、變形后的形狀等等就不再做介紹。
通過對吊鉤進(jìn)行有限元受力分析的計算為例，可以很容易地處理傳統(tǒng)計算辦法無法解決的復(fù)雜形狀零部件的受力計算問題。在設(shè)備管理過程中，經(jīng)常遇到很多年代久遠(yuǎn)的老設(shè)備，由于當(dāng)時的客觀因家，在設(shè)計過程中對于復(fù)雜形狀的零部件計算并不是很準(zhǔn)確，在某種程度上造成了設(shè)備運行后出現(xiàn)這樣或者那樣的問題難于解決。對此我們可以通過有限元分析進(jìn)行靜態(tài)的應(yīng)力分析、動態(tài)的仿真運轉(zhuǎn)等手段，找到設(shè)備問題的癥結(jié)所在，做出相應(yīng)的改造處理，以利于設(shè)備的高效運轉(zhuǎn)。
