桥式起重机参数化虚拟检测仿真平台

杨天雪

（福建省特种设备检验研究院，福建 福州 350008）

1 引言

随着科技的迅猛发展，起重机检测的精度和可靠性、轻量化要求越来越高，并且随着有限元数值仿真手段、优化设计、可靠性设计等现代设计方法的发展，关于起重机的设计研发手段和检测方法也在发生着跨越式发展，近年来关于起重机的相关技术方面取得了一定的研究成果，如：30t桥式起重机主梁结构优化设计[1]；桥式起重机起升载荷分布拟合与检验方法的研究[2]；桥式起重机产品平台构建技术研究[3]；基于粒子群优化算法的桥式起重机PID控制参数优化的研究[4]；基于模糊优选模型的桥式起重机节能评价方法研究[5]。但是，起重机结构复杂，类型多样，因而，要提高检测的精度和检测效率，必须要建立其虚拟检测仿真平台，但目前就此方面的研究还不够深入、系统。因而，文中据此针对桥式起重机，以ANSYS软件为工具，结合ANSYS强大的二次开发功能，综合应用其二次开发语言(APDL,UIDL)，并结合参数化分析建模技术，建立了桥式起重机的虚拟检测仿真平台，可实现相似结构的各种型号的桥式起重机的仿真检测，通过研究，对研究桥式起重机的研发和检测具有重要的研究意义及工程应用价值。

2 参数化仿真方案的建立

基于ANSYS的APDL参数设计语言[5]建立起重机的参数化几何模型和参数化网格、参数化载荷，基于ANSYS的UIDL用户界面设计语言开发平台操作界面，所建立的桥式起重机参数化虚拟仿真平台的实施方案如图1所示。

图1 基于ANSYS软件的桥式起重机参数化虚拟仿真平台的实施方案

3 桥式起重机的虚拟检测仿真平台

图2 参数化的主梁、端梁、整机的有限元模型

应用ANSYS的二次开发功能，结合APDL(ANSYS Parameter Design Language)，UIDL(ANSYS User Interface Design Language)，开发了桥式起重机的虚拟检测仿真平台，包括三个模块（主梁、端梁、整机），参数化的主梁、端梁、整机的有限元模型如图2所示。在主梁分析模块可变参数是16个，主梁分析模块的菜单及对话框如图3所示。在端梁分析模块可变参数是15个，端梁分析模块的菜单及对话框如图4所示。在整机分析模块可变参数是15个，整机分析模块的菜单及对话框如图5所示。

图3 主梁的仿真平台菜单和对话框

图4 端梁的仿真平台的菜单和对话框

图5 桥式起重机整机的仿真平台的菜单和对话框

4 有限元计算结果的验证

对福建省特种设备检验研究院负责检验的福建省内额定起重量为10吨，QZ10-31.5A6、QD10-19.5A6、QD10-25.5A6等型号的起重机挠度检验结果进行统计，不同跨度主梁的挠度检验数据与有限元计算结果如表1所示，从表1中可见应用该平台的有限元计算结果与测试数据的最大误差为13.7%，最小误差为2.6%，由此验证了所建立的仿真平台计算的准确性。

表1 不同跨度主梁的挠度测试数据与有限元计算结果对比表

5 结论

文中将参数化建模和有限元法相结合，针对桥式起重机的主要组成部分（主梁和端梁）、整机基于ANSYS的APDL和UIDL二次开发功能建立了桥式起重机的虚拟检测的仿真平台，其中，主梁分析模块可变参数是16个，端梁分析模块可变参数是15个，整机分析模块可变参数是15个，可实现对相似结构的桥式起重机进行计算，并通过对某主梁的计算，挠度计算结果与实验计算结果的最大误差仅为13.7%，验证了所建立的有限元模型的准确性，应用该平台可在检测前快速、准确的进行有限元分析，然后根据计算结果的统计分析对检测区域进行分析，进而为实际检测提供指导措施，提高检测效率和检测精度。

[1]秦东晨，齐玉红.基于 ANSYS 的 30 t 桥式起重机主梁结构优化设计[J].矿山机械,2011,39(5):46-49.

[2]王爱红,徐格宁,杨萍桥, 等.式起重机起升载荷分布拟合与检验 [J].机械强度,2011,33(6):921-926.

[3]王建正，魏双庆，张崇，等.桥式起重机产品平台构建技术研究[J].机械设计与制造,2013, (1): 126-129.

[4]杜文正，谢政，童国林.基于粒子群优化算法的桥式起重机PID控制参数优化[J].计算机测量与控制,2013, 21(2): 371-374.

[5]叶伟,童一飞,李向东.基于模糊优选模型的桥式起重机节能评价[J].中国机械工程,2014,25(12): 1630-1634.