基于APDL的虎门大桥检查车强度分析

(华北水利水电大学机械学院 河南 郑州 450000)

一、引言

桥梁检查车是检查车的一种，其装备有多种桥梁检测仪器，可以为桥梁检查人员提供安全、便利的作业平台，快速地让桥梁检测人员进入作业位置进行流动检测或维修作业，且检查车工作时不影响交通，故现广泛应用于现代桥梁检查工作。

利用APDL将ANSYS命令组织起来，编写出参数化的用户程序，从而实现有限元分析的全过程，即为参数化建模。

二、有限元模型

使用APDL语言建模，采用自下而上的建模方式。在建模之前，根据虎门大桥检查车结构特点，确定设计结构的尺寸，作为设计变量。然后确定关键点在坐标系中所处的位置，通过关键点生成直线，直线生成面，直至建模完成。下面以虎门大桥检查车为例，介绍参数化建模实现方法。

(一)定义单元类型、截面类型与材料参数。整个检查车由型钢焊接而成，故建模时采用能自定义截面特性的beam188单元。此类单元每个节点有6或7个自由度，能很好的应用于线性分析，大偏转、大应力的非线性分析。用直线表示杆件，用关键点表示连接点。

为保证模型准确，便于进行后续分析计算，根据实际条件定义两种截面，类型均采用HREC(空心矩形或箱型)，截面尺寸如图1:

图1 检查车梁单元两种截面类型

虎门大桥检查车的材料为Q235钢，其主要考虑的力学特性如表1所示。

表1 虎门大桥检查车的材料参数

(二)三维有限元模型的简化处理和建立。由于在同一个连接点点会出现多个焊接接头时会采用焊接板进行连接，这样会造成建模复杂不容易操作，因此建模时对焊接接头进行合理的简化，取消了连接板，将一个连接点处的所有杆件直接接在节点上。由于电机和栏杆对整个结构的强度和刚度没有影响，因此建模时将电机和栏杆的质量和受到的风载换算成节点力直接加到相应的节点上。

检查车有限元模型如图2所示。

图2 虎门大桥检查车的有限元模型

(三)网格划分。网格划分直接影响到后续的后处理工作。合理进行网格划分可以使计算方便、省时，提高有限元分析所得结果的准确性。ANSYS中提供了自由网络划分、映射网络划分以及扫掠网络划分三种网络划分方式。本文选用自由网络划分方式，使用LMASH,ALL指令，划分线生成线单元。

(四)添加约束。(1)检查车通过行走车台安装平台处与桥梁轨道连接，故在此处X、Y、Z三个方向均需施加约束。(2)为保证检查车正常工作，在左支撑点和左加强支撑处X方向施加约束。

(五)施加载荷。由于在自重+顺桥向16级风状态下对桥梁进行应力分析，故桥梁受重力和风载荷共同作用。

三、载荷计算

工况：顺桥向16级风载荷+桁架结构自重非工作状态。

16级风作用时：桁架结构+设备自重：G1=17652.82×10=176528N；检查车下桁架工作重量(设备)：G2=600×10=6000N；总重：G=G1+G2=182000N；风载荷：PW=1.7×1.4×1500×33.42=119.32kN

检测车受16级顺桥向风载，假设顺桥向风沿-z方向。

四、结果分析

图3 检查车应力云图

五、总结

1.常温下Q235钢的需用弯曲应力约为158MPa，由ansys分析可知，自重+16级风载荷作用状态下检查车所受的最大应力为100.39MPa<158MPa，故强度条件符合要求。2.本文采用APDL语言编写命令流文件，实现了对于检查车的参数化建模，为后续有限元分析提供了高效、便捷的建模方法。3.模型的某些尺寸结构发生变化，只需要对相应的参数进行重新赋值，即可得到新的模型，增加了模型的可重复利用性，提高了设计效率。