¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

30 июл€ 2010

 онечно-элементный анализ металлоконструкции башенного крана в APM Structure3D

јлексей „икулаев

специалист технического отдела Ќ“÷ јѕћ
“ел./факс: (495) 585-06-11
E-mail: com@apm.ru
Internet: www.apm.ru

¬ насто€щее врем€ строительство развиваетс€ бурными темпами, на улицах городов возвод€тс€ новые здани€, в числе которых и уникальные высотные сооружени€, и торговые комплексы, и административные здани€, и жилые многоэтажные дома. », разумеетс€, такого рода строительство просто невозможно представить без применени€ современных башенных кранов, поскольку именно от надежности и эффективности работы строительных башенных кранов напр€мую зависит сроки проведени€ строительных работ и качество готового строени€.

ƒл€ оценки работоспособности крановых конструкций все больше примен€етс€ компьютерна€ техника в совокупности со специализированными программными продуктами дл€ проведени€ целого комплекса расчетов, важнейшими из которых €вл€ютс€ прочностные расчеты. ƒл€ этих целей предназначены современные конечно-элементные вычислительные комплексы. ¬ отличие от ручного расчета, такие комплексы позвол€ют выполнить прочностные расчеты весьма сложной металлоконструкции и получить исчерпывающие данные по напр€женно-деформированному состо€нию каждого ее элемента. »спользование конечно-элементных программных комплексов дает важное преимущество. ”же на этапе проработки технического задани€ конечно-элементный анализ позвол€ет определить, какие технические изменени€ необходимо внести в конструкцию дл€ полного удовлетворени€ требований к ней. ¬се это возможно сделать, не прибега€ к достаточно дорогим услугам специализированных проектно-конструкторских бюро, когда речь идет не о принципиальном изменении конструкции. ѕри возрастании конкуренции важным показателем €вл€етс€ также врем€ выполнени€ расчета и количество зан€тых этим специалистов. ѕрограмма позвол€ет выполнить расчет в сжатые сроки.

ќбъект исследовани€

ќбъектом исследовани€ в данной статье €вл€етс€ металлоконструкци€ башенного крана Q5015, который представл€ет собой стационарный кран с неповоротной башней и балочной стрелой (рис. 1). ѕо заказу “ќќ Ђ÷ентрэнергомеханизаци€ї ( азахстан) перед научно-техническим центром Ђјѕћї были поставлены задачи Ц создать расчетную модель несущей металлоконструкции, провести проверочный расчет прочности и устойчивости и оценить полученные результаты.


–ис. 1 Ц ќбщий вид крана

ƒл€ разработки и подготовки конечно-элементной модели, а также проведени€ расчетов использовалась система APM Structure3D российского программного комплекса APM WinMachine, разрабатываемого в Ќаучно-техническом центре Ђјѕћї (г.  оролев).

ѕодготовка модели металлоконструкции к расчету

ƒл€ получени€ корректных результатов проверочного расчета требуетс€ выбрать правильный способ моделировани€ элементов конструкции. —истема APM Structure3D обладает набором необходимых инструментов дл€ создани€ различных вариантов конструкций, в том числе и расчетных моделей металлоконструкций.

ѕоскольку каждый из элементов конструкции крана €вл€етс€ типовым и рассчитан дл€ стандартной модификации, то дл€ расчета целесообразно использовать модели, набранные из этих элементов.

ƒл€ конструкций, не требующих значительных технических изменений, которыми €вл€ютс€ модульные системы кранов, расчет полной конструкции крана по сравнению с расчетом отдельных элементов €вл€етс€ более удобным. ћодель металлоконструкции башенного крана была создана в соответствии со сборочными и деталировочными чертежами (рис. 1) в полной сборке, т.е. дл€ модификации крана с максимальной высотой подъема груза (40 м) и максимальным вылетом стрелы (50 м). ћеталлоконструкци€ моделировалась с помощью стержневых и пластинчатых (оболочечных) конечных элементов (рис. 2). ƒл€ моделировани€ отт€жек стрелы и противовеса примен€лс€ специальный тип стержневого конечного элемента Ц канат. ƒл€ создани€ геометрии составных сечений стержневых элементов и расчета их геометрических характеристик использовалс€ встроенный графический редактор сечений.


2 Ц ћодель металлоконструкции крана в APM Structure 3D

—в€зи между элементами конструкции моделировались как жесткие (сварные соединени€), накладывающиес€ на центры т€жестей сечений соответствующих элементов. «акреплени€ в основании башни представл€ют собой абсолютно жесткие опоры, т.е. не имеющие степеней свободы относительно соответствующих осей глобальной системы координат. —оединени€ секций стрелы и противовеса к оголовку моделировались св€з€ми с одной вращательной степенью свободы.

Ќагрузки и комбинации загружений

Ќа башенный кран действуют нагрузки различной природы. ѕриложение нагрузок проводилось путем создани€ загружений, каждое из которых отвечало за тот или иной силовой фактор (загружение Ц аналог сло€, которому присущи определенные возмущающие факторы). –асчет металлоконструкции башенного крана проводилс€ на основное и особое сочетание нагрузок.

¬о-первых, нагрузка от веса поднимаемого груза. ѕолезна€ нагрузка с учетом 25% перегрузки прикладывалась к стреле в четырех точках, моделирующих ролики тележки, в соответствии с графиком грузоподъемности в зависимости от вылета стрелы. ѕри повороте стрелы от действи€ сил инерции груза возникает бокова€ составл€юща€ данной нагрузки, котора€ учитывалась заданием возможного максимального угла отклонени€ грузового каната от вертикали. ƒл€ основных сочетаний нагрузок вес полезного груза моделировалс€ сосредоточенными силами в соответствующих узлах, а дл€ особых (с учетом сейсмического воздействи€) Ц сосредоточенными массами. –асчет проводилс€ дл€ п€ти различных вылетов грузозахватного устройства.

¬о-вторых, нагрузка от ветра. ¬етрова€ нагрузка на металлоконструкцию учитывалась в соответствии с √ќ—“ 1451-77* (2003) Ђ раны грузоподъЄмные. Ќагрузка ветрова€. Ќормы и метод определени€ї дл€ VI ветрового района и рассчитывалась в зависимости от изменени€ динамического давлени€ ветра по высоте и от аэродинамических коэффициентов элементов конструкции. ¬ соответствии с этим же √ќ—“ом учитывалось и ветровое давление на полезный груз в зависимости от его массы.

¬-третьих, сейсмическа€ нагрузка. —ейсмическа€ нагрузка в расчете учитывалась в соответствии со —Ќиѕ II-7-81* (2000) ЂЌагрузки и воздействи€ї. —ейсмичность района установки крана в соответствии с техническим заданием Ц 9 баллов; количество собственных форм, учитываемых в расчете Ц 20.

», наконец, собственный вес конструкции. ќб€зательными дл€ ввода исходными данными €вл€ютс€ параметры материала, дл€ выбора которых помогает встроенна€ база данных с более чем тыс€чью записей, а также поперечные сечени€ элементов, дл€ задани€ которых тоже можно использовать базы, поставл€емые вместе с расчетной программой. ѕри наличии описанных данных учет веса конструкции системой APM Structure3D производитс€ автоматически. “ак как металлоконструкци€ крана моделировалась только несущими элементами, то номинальный (в соответствии с технической документацией) вес крана Ђдобиралс€ї искусственным увеличением плотности соответствующих узлов. ¬ расчете также учитывалс€ вес отдельных узлов крана (монтажной секции, приводов, балластных блоков, кабины и т.д.) в статическом расчете моделируемых силами в соответствующих узлах, а дл€ расчета с сейсмическим воздействием Ц массами.

ѕосле задани€ всех, оговоренных в техническом задании, нагрузок по отдельным загружени€м, были созданы 24 комбинации загружений, в которые каждое из загружений вошло с коэффициентом равным 1. –езультаты расчета представлены дл€ одной из таких комбинаций (рис. 2-3).


–ис. 3 Ц  арта эквивалентных напр€жений по ћизесу

јнализ результатов

»так, после проведени€ комплекса подготовительных меропри€тий и непосредственно самого расчета можно выполн€ть обобщение и анализ полученных результатов.

—истема APM Structure3D обладает широким спектром возможностей по выводу результатов. ÷ветные карты распределени€ напр€жений (рис. 3) и перемещений (рис. 4), внутренних усилий и коэффициентов запаса прочности позвол€ют очень точно и быстро определ€ть наиболее опасные места в конструкции. ѕрограмма также обеспечивает возможность загл€нуть внутрь элементов и увидеть распределение возникающих внутренних силовых факторов. ƒл€ более полного представлени€ результатов пользователю дана возможность строить эпюры различных силовых факторов на 3D модели конструкции, выводить реакции в опорных точках, оценивать общие параметры, такие как масса, максимальные напр€жени€, перемещени€, а также выводить сводную таблицу расхода по элементам металлоконструкции.


–ис. 4 Ц  арта перемещений и форма потери устойчивости

јнализ результатов расчета напр€женно-деформированного состо€ни€ конструкции крана в рабочем и нерабочем состо€ни€х показал, что дл€ обеспечени€ работоспособности требуютс€ не только незначительные конструктивные изменени€, но и понижение величин расчетных нагрузок за€вленных в техническом задании.

Ѕыли сделаны выводы о необходимости снижени€ номера ветрового и сейсмического районов установки крана, а также даны рекомендации по усилению металлоконструкции дл€ обеспечени€ несущей способности.

¬ыводы

ќбобща€ сказанное, можно сделать вывод о том, что применение российской системы автоматизированного проектировани€ ј–ћ WinMachine дл€ оценки несущей способности конструкций как на стади€х проектировочного расчета, так и проверочного расчета более чем обоснованно и реально сокращает временные затраты на реализуемые проекты. ѕрименение системы конечно-элементного расчета APM Structure3D дает возможность осуществл€ть анализ различных конструктивных исполнений и вариантов нагружени€ и делать не только количественную, но и качественную оценку несущей способности уже на этапе проектировани€. »меющиес€ в распор€жении пользовател€ инструменты позвол€ют вести проектирование на новом, современном уровне, что повышает оперативность работы и существенно снижает издержки на проектирование.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: ƒл€ реального внедрени€ »», облаков, BIM и любых инноваций требуетс€ посто€нна€ всеобща€ коррекци€ менталитета
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

–асчЄт узлов стальных конструкций компонентным методом конечных элементов — –услан Ѕароев, инженер отдела —јѕ– строительных конструкций, Ќ»ѕ-»нформатика (11 сент€бр€ 2019)
isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2019 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.