基于Solidworks Simulation的随车吊吊臂整体有限元分析

李立顺，李红勋，孟祥德

（军事交通学院，天津 300161）

基于Solidworks Simulation的随车吊吊臂整体有限元分析

李立顺，李红勋，孟祥德

（军事交通学院，天津 300161）

利用Solidworks软件建立随车吊吊臂的三维实体模型，并以有限元分析软件Solidworks Simulation为平台，对随车吊在完全展开工况下吊装1t物资时吊臂整体进行了有限元分析，由分析结果知，吊臂设计安全可靠，符合设计规范。但安全系数较大，存在结构冗余，为产品的进一步优化设计提供参考。

Solidworks Simulation；吊臂；有限元分析

0 引言

近年来有限元分析法在工程机械结构计算分析中得到了广泛的应用，但是绝大多数仅限于对某个关键部件或部分部件进行强度、刚度的分析，本文采用整体有限元分析方法、借助Solidworks Simulation软件对随车吊吊臂进行有限元分析。

1 三维实体建模

吊臂由三节伸缩臂（伸缩臂1、伸缩臂2和伸缩臂3）组成，三节伸缩臂均为薄壁、四边形截面，采用弯折成形并利用合模后焊接而成，其中伸缩臂1在与动臂联接处采用箱型焊接体。

借助Solidworks的实体建模功能，采用自底向上的设计方法，先对随车吊吊臂各零部件进行三维实体建模，再通过装配关系构建主要工作装置的三维实体模型，如图1所示。

图1 主要工作装置的三维实体模型

2 有限元分析

由于结构件分开进行有限元分析时，存在边界条件及载荷难以确定等问题，从而影响了计算结果的准确性，所以本文采用整体有限元分析方法，主要对随车吊在完全展开工况下吊装1t物资时的吊臂进行有限元分析。

2.1 有限元分析模型的建立

打开吊臂装配体模型，在伸缩臂1与动臂联接处添加固定铰链约束如图2所示，在吊环内段添加1t的受力如图3所示，为吊臂定义材料属性为HG70钢，采用实体网格，单元大小为30mm，公差为1.2mm，进行网格划分，划分单元为78579，节数为159093，如图4所示。

图2 添加固定铰链约束

图3 添加受力

图4 吊臂网格划分

2.2 吊臂的有限元分析

在有限元分析模型建立的基础上，运行分析运算，即可以得到吊臂在完全展开工况下吊装1t物资时吊臂的静态应力分布图6所示，位移分布图6所示。

由图5知，吊臂整体应力分布均匀，最大应力出现在吊臂根部（伸缩臂1）承力的局部部位，应力集中位置符合实际情况；最大应力为323MPa，其安全系数为n＝590/323＝1.82（已知吊臂各构件所用的板材选用HG70高强度钢板，其屈服极限为590MPa），起重机设计规范规定的安全系数为1.25，因此，结构件的设计安全可靠，符合设计规范。由图6知，吊臂的最大变形量为4.13mm，满足设计要求，其位置出现在伸缩臂3的吊环中心处，与实际情况相符。

3 结论

应用Solidworks Simulation对吊臂整体进行有限元分析，分析了随车吊在完全展开工况下吊装1t物资时吊臂的应力、位移情况，由分析结果知，吊臂设计安全可靠，符合设计规范。但安全系数较大，存在结构冗余，为产品的进一步优化设计提供参考。

整体有限元分析方法与传统意义上的有限元分析方法相比，其优点是能在尽量减小因简化而造成的计算误差的前提下，提高分析精度，指导改进设计。

图5 吊臂整体应力分布图

图6 吊臂位移分布图

[1] 二代龙震工作室﹒ Solidworks＋Motion＋Simulation建模/机构/结构综合实训教程[M]﹒ 北京： 清华大学出版社, 2009.

[2] 李红勋, 李立顺, 张国义, 等﹒ 基于COSMOSMotion和COSMOSWorks的动臂有限元分析[J]﹒ 科学技术与工程, 2009(17)： 5205－5208.

FEA of the whole boom of truck crane based on solidworks simulation

LI Li-shun, LI Hong-xun, MENG Xiang-de

TH128

A

1009-0134(2011)5(下)-0114-02

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.5(下).34

2010-12-12

李立顺（1971－），男，副教授，主要从事特种车辆设计与实验方面的研究。