基于CAXA CAE的吊装梁优化设计

罗德智

摘 要：CAXA CAE是与CAXA实体设计软件直接耦合的CAE分析模块。它使用Sefea（富应变有限元）技术、LSFEA（Least-Squared FEA，最小二乘FEA）技术，能耦合应力及非线性分析能力，分析精度可达二阶元素分析精度，而计算成本仅与一阶元素相当，适于非线性分析，与CAXA实体设计无缝耦合，形成CAD/CAE集成工具，方便用户对产品进行产品轻量化、优化设计，以及对设计进行验证。文章以某炼化厂冷凝器吊装梁的设计，通过建模、有限元分析和应用，完成了吊装梁的设计、优化和验证。

关键词：CAXA CAE；有限元分析；吊装梁

前言

某炼化厂一台冷凝器需要吊裝，冷凝器重心不均匀等难点致常规作业方法无法完成吊装作业。通过设计专用吊装梁，并通过CAXA CAE对其进行有限元分析、优化设计，最终完成冷凝器翻身、吊装工作。本设计及工程应用为类似吊装梁的设计优化提供一定的借鉴经验。

1 吊装分析

1.1 难点分析

（1）冷凝器需翻身、重心不均匀、吊点高，常规绑扎作业安全风险大、施工人员高空作业劳动强度大。

（2）施工现场空间狭小，周围已运行的设备多，吊装设备重、大。组装精度要求高、高空安装难度大。

1.2 吊装梁设计要求

（1）根据冷凝器图纸及外部结构特点，设计一套冷凝器挂绳专用可调整的吊具来满足冷凝器的挂绳要求，要求方便、省力、实用、安全可靠。

（2）根据冷凝器上面的吊耳间距及两面吊耳距离受力承载；吊装梁安装后钢丝绳不能影响冷凝器本体。

2 吊装梁优化设计

2.1 吊装梁设计

冷凝器吊装梁根据冷凝器上面的吊耳距离，拼装好后直接与设备连接使用。高空作业时施工人员可施力在吊装梁上。解决设备高空焊接空间小、施工人员站位等难题。

2.2 吊装梁有限元分析

2.2.1 水平受力状态

该冷凝器重约80t，水平受力（翻身）时吊装梁外侧吊耳各受力20t，有限元分析时，外侧吊耳垂直方向载荷源加载20t。

2.2.2 垂直受力状态

该冷凝器重约80t，垂直受力时吊装梁外侧吊耳每个受力40t。有限元分析时，外侧吊耳垂直方向载荷源加载40t。

2.2.3 结果

吊装梁在水平受力状态时大部分等效应力数值小于200MPa，等效应力数值偏大区域为局部挤压应力，通过局部加强满足使用要求。

有限元软件无法计算尖锐转角处的精确应力。CAXA CAE分析中，如果模型中存在尖锐转角，仔细核对模型是否已简化。如果存在尖锐转角，而该处并非我们所关注的地方，那么在计算时，就不要对此处加密网格，而只在关心的局部加密网格。简化删去倒角时可能会导致计算中的应力无限增大，此时我们会得到虚假的结果，从而导致误判。

3 吊装梁应用