不同结构形式的登高车桁架臂的有限元分析    东莞麻涌登高车出租,  东莞登高车出租,  登高车出租      由于欧拉公式在计算杆件的屈曲破坏载荷时未考虑杆件的初始缺陷，所以，用非线性有限元分析方法，在考虑缺陷的同时计算不同结构桁架臂的屈曲破坏载荷，使结果更接近实际。

     模型说明:   本文计算的对象是QAY300A的固定副臂6m的标准节、连接架以及QAY350塔式副臂的底节臂。本文模型是通过有限元分析软件ANSYS参数化语言(APDL-ANSYSParametricDesignLanguage)所建立的梁单元桁架臂模型。利用非线性有限元法计算其稳定性，确定必要的数据，为桁架臂失稳破坏的试验提供数据支持。为了更全面的获得不同结构形式标准节屈曲破坏载荷之间的关系，本文所计算标准节模型分为基础形式、点对点形式、不同腹杆规格以及不同腹杆布置四种形式。基础形式模型、点对点形式模型、连接架以及底节臂模型。

     载荷来源:   本文所研究在同一工况下的不同结构桁架臂的稳定性问题。不同结构的桁架臂根据具体的工况对结构进行校核计算，标准节提取与臂头连接处头部四个节点的受力情况，然后将各个载荷除以最大轴向载荷得到各个弦杆所施加的载荷比例。连接架与底节臂的载荷比例施加方法与标准节相同。节点力的坐标系和弦杆编号，X方向为桁架臂轴向方向，Y方向垂直于XOZ平面，为回转方向。  由于本文研究的副臂标准节与连接架均来自QAY300a，因此副臂标准节与连接架的工况相同，均选取小幅度工况，底节臂则根据QAY350塔式副臂的特点选取主臂最短，副臂最短时的最小幅度工况。

      选取QAY300a固定副臂标准节作为研究对象，端部节点受力及弦杆各个方向所施加载荷比例。表中FX为轴向，FY为回转方向，FZ为变幅方向。选取QAY300a固定副臂连接架作为研究对象，提取连接架头部（与30旋转架连接处）四个节点的受力情况，节点力及弦杆各个方向所施加载荷比例。

        选取QAY350塔式副臂底节臂作为研究对象，提取底节臂头部(与过渡节连接处)四个节点受力情况，端部节点受力及弦杆各个方向所施加载荷比例。

    影响破坏载荷因素:   为了避免试验时可能出现的误差，本文在对不同结构的桁架臂非线性有限元分析计算中，考虑到几种可能造成结果误差的主要因素后，计算结果与试验结果将会更加精确可靠。影响破坏载荷的因素主要有以下两种：1、侧载加载方式侧向载荷作用在四个铰点处，但是试验时只能通过两个铰点处施加。所以试验时取某个方向侧载的合力，然后再平均到两个加载处。根据标准节工况具体来计算说明。此时变幅平面内侧载加载比例平均到弦杆3和弦杆4上为-0.04。 简化后施加在不同弦杆对破坏载荷没有影响，但是与四根弦杆同时加载相比有一定的影响，可以看出简化后的破坏载荷比之前要大。破坏载荷值为所施加载荷乘以模型所经历的时间载荷步数(time)，如施加100t载荷，time为0.74，则破坏载荷值为74t。  破坏载荷结果侧载按实际施加到四根弦杆上，载荷70.5t侧载简化，施加到3、4弦杆上，载荷74t侧载简化，施加到1、2弦杆上，载荷74t侧载简化，施加到3、4弦杆上，弦杆之间增加连接装置，载荷74t2、模型旋转方式由于在本文所设定的小幅度工况下，轴向载荷起主要作用，变幅平面内的载荷起次要作用，而回转平面内的载荷则可以忽略不计。因此，标准节试件实际安装的过程中，由于侧向作动器的位置不能改变，需要将标准节试件旋转90°进行安装，这样才能保证侧向作动器将载荷施加到变幅平面内。由于连接架在特定工况下变幅平面内的载荷影响很小，而底节臂相当于两端简支的梁，在特定工况内需要约束头部变幅平面内的位移，所以变幅平面载荷不能考虑，因此模型旋转方式的影响不考虑连接架和底节臂。不同的旋转方式标准节的屈曲破坏载荷。

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     正常安装和逆时针旋转安装后，破坏载荷基本相同，但是顺时针安装后破坏载荷有所降低，这是由于屈曲模态更新几何的方向造成的，由于侧向作动器位置不变，当模型逆时针转90°安装后，侧载不能完全传递到弦杆1和2上（即使添加连接梁），所以此时的载荷要偏大。当模型顺时针转90°35安装后，侧载直接做用在弦杆1和2上，所以载荷要偏小。将顺时针安装模型取反方向屈曲模态更新几何的结果。顺时针旋转模型破坏载荷结果与其它旋转方式基本相同。由此可以得出结论：模型的旋转方式、模型的自身质量以及旋转后侧载的加载位置对标准节破坏载荷均无影响。

    稳定性计算方法说明:   1、传统单支稳定性计算方法传统的单支稳定性计算方法通过换算不同材料标准节的长细比来查找规范a类的钢圆管轴压稳定性系数曲线，得到轴压稳定性系数进而计算出破坏载荷。但是这种方法由于缺少对高强度钢的研究以至于存在较大缺陷。这种方法以标准节的一跨为单支长度进行研究。

     2、修正的单支稳定性计算方法:   (1)计算方法说明由于传统的单支稳定性计算方法不适用于高强度钢材料，因此通过对两种高强度钢圆管进行实验来重新得到轴压稳定性系数，拟合出高强度钢材料的轴压稳定性系数曲线，形成一套新的单支稳定性计算方法。这种方法同样是以标准接的一跨为单支长度进行研究。修正的单肢稳定性计算方法分为两端铰接和弹性约束两种方式，当标准节两端为铰接约束时，长度系数为1，当标准节两端为弹性约束时，腹杆对弦杆起到限制作用，利用梁柱理论所建立的简化模型，并通过MATLAB软件进行求解之后可知其长度系数为0.9519。  (2)计算公式:  根据修正单支稳定性计算标准节屈曲破坏载荷的理论计算公式。 —主弦杆的截面面积—主弦杆的截面惯性矩—主弦杆的截面惯性半径36通过上述参数的计算，对标准节主弦杆的屈曲破坏载荷进行计算。—主弦杆的临界屈曲载荷—主弦杆的临界屈曲应力圆管和标准节材料的屈服极限不同，标准节材料的屈服极限为582MPa，长细比和正则长细比也截然不同，通过公式换算得到主弦杆的正则长细比，进而得到标准节的轴压稳定性系数，计算出整个标准节的屈曲破坏载荷。

    3、非线性有限元计算方法:  通过有限元分析软件ANSYS对标准节进行有限元分析，同时考虑到现实的杆件存在的初始缺陷，通过对标准节进行屈曲特征值分析来更新屈曲模态从而施加初始缺陷，模拟实际工况进行非线性有限元计算。非线性有限元分析主要根据静力分析中的一种分析方法叫做非线性静力分析，通过不断施加载荷使结构发生破坏来求得屈曲破坏载荷值。非线性有限元分析方法主要是同时考虑到几何非线性以及材料非线性，几何非线性是指构建本身的初始弯曲缺陷，然而，如果使分析结果更精确、更接近实际还要考虑到材料非线性，材料非线性是指材料本身的应力与应变为非线性变化关系。

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