前言

龙门起重机作为粮食堆场装卸、搬运和堆码 作业的专用机械，具有可以高效利用堆场、堆场建 设费用相对较低，机动灵活，通用性强等优点，它 不仅能前进、后退，而且还设有转向装置，通过轮 子的90。旋转，能从一个箱区转移到另一个箱区 进行作业⋯．
起重机支腿梁钢结构的稳定性是一个突出问 题．如果技术上处理不当，可能使钢结构出现整体 失稳或局部失稳．失稳前结构物的变形可能很微 小，突然失稳使结构物的几何形状急剧改变而导 致结构物完全丧失抵抗能力，以致整体塌落．除了 巨大的经济损失外，更重要的是人员伤亡．因此， 对结构稳定性的研究具有重要的现实意义和理论
意义．
笔者利用ANSYS软件提供的钢结构屈曲计 算的特征值和非线性两种方法对带横向和纵向加 强肋的受压四边简支薄板进行了局部失稳与整体 失稳的计算，对起重机无加强肋和有加强肋的变 截面箱形支腿梁进行了特征值和非线性分析．

1   龙门起重机钢结构说明

龙门起重机钢结构主要由两根主梁，4个支 腿和两根底梁组成．主梁和支腿之间，支腿和底梁 之间一般做成刚性连接，主要钢结构如图1所示．

图1龙门起重机钢结构示意图 各主梁、支腿及底梁全为薄板焊接而成的箱
形结构．根据支腿的受力情况，支腿主要为一受弯 和受压结构，为使其受力合理，在龙门架平面内应 使支腿截面上宽下窄，而在支腿平面内应使支腿 截面上窄下宽，即沿支腿高度为两个方向改变截 面尺寸的箱形支腿，具体结构如图2所示．

薄壁箱形梁结构具有较好的强度和刚度以及
自重轻等特点，但这类结构在工作状态下有时由 于局部板上的应力数值较大甚至超过一定的极 限，有可能使该部位的受力状态由平面状态变为 屈曲状态，从而造成结构的局部失稳，并最终导致 整个结构丧失工作能力，因此对箱形薄壁结构进 行局部和整体稳定性分析是非常必要的旧-．

2  对均匀受压矩形板的有限元分析

2．1矩形板有限元模性的建立
利用ANsYs内参数化建模功能，建立长为 口，宽为6=1 000 mm的矩形板的有限元模型，板 各边采用简支约束，板用sHELL93单元进行离 散，板有限元模型如图3所示．

图3  矩形板有限元模型

2．2板的特征值屈曲分析 采用ANSYs软件对矩形板进行特征值屈曲
分析，结果如图4和图5所示．

图4 口=26=2 000 mm时的特征值屈曲模态
图5  o=6=l 000 mm时的特征值屈曲模态

从图4和图5可以看出，口=26=2 000 mm
时屈曲模态表现为两个半波，特征值屈曲载荷为
159 489 N／m，口=6=1   000 mm时的屈曲模态表 现为一个半波，特征值屈曲载荷为155    758 N／m．

3    单板与加强肋结构的稳定性分析

理论研究表明，在所有的板的屈曲情形中，法 向力或剪力的临界值与板的弯曲刚度称正比．因 此，对于给定边界条件及给定比值a／b的矩形板， 增加板的厚度可以增加板的稳定性，但是对于所 用的材料的重量来说，这种设计显然是不经济的． 较好的办法是保持板的厚度愈小愈好而用加强肋
来增大稳定性"•． 下面对在图3所示的受压板上加一100 mm
×6 mm的纵向肋，特征值分析结果如图6所示．
图6  矩形板+纵向肋特征值屈曲模态

从图6可以看出，在矩形板上增加一条纵向 肋，其特征值屈曲载荷由原来的159    489 N／m增 加到654 257 N／m，约为前面的4．1倍，跟理论上 的计算稳定性增加4倍基本相符⋯，失稳模态为 局部失稳．
受压板上加横向肋100    mm×6 mm，特征值 分析结果如图7所示．
于支腿梁上下分别与起重机钢结构的主梁和底梁
相连，当对支腿梁单独进行分析时，可以将支腿梁 视为一简支结构，进行特征值屈曲分析计算得出 其前五阶屈曲临界载荷和屈曲模态，五阶模态支 腿都不同程度的出现局部失稳现象”1．特征值分 析第一阶屈曲载荷为249    343 N／m．支腿梁的极 限承载力为997．4  kN．一阶屈曲模态结果如图lO 所示．

图7  矩形板+横向肋特征值屈曲模态

从图7可以看出，在矩形板上增加一条横向 肋，其特征值屈曲载荷由原来的159    489 N／m增 加到162 843 N／m，与不加肋相比略有增加．
当口=6时，其受压失稳时的屈曲模态如图8
所示．

图10无加强肋支腿梁特征值分析一阶失稳模态

图8  矩形板+横向肋特征值屈曲模态

4   无加强肋变截面箱形梁受压稳定 性分析

4．1   无加强肋变截面箱形梁有限元模型建立
用8节点壳单元sHELL93对无加强肋的变 截面箱形支腿进行离散，共生单元数为3     000个， 节点总数为9  120个，有限元模型见图9所示．

图9  变截面箱形梁有限元模型

4．2特征值分析结果
采用ANSYS软件的BL0cK Lancz08方法，由
4．3非线性计算
将上面特征值分析得到的一阶特征向量(节 点位移)按一定比例施加到模型上去，作为此支 腿梁的初始缺陷的大小，来改变结构的初始形状． 对其进行非线性分析，得到各载荷步下的屈曲模 态㈤．
从对该支腿梁进行的特征值和非线性屈曲分 析的前几阶屈曲模态可以看出，该支腿在一定的 压力作用下时支腿上部出现局部屈曲，从稳定性 角度来看，支腿上部较下部更加容易出现失稳．非 线性分析极限承载力为883．7 kN，与特征值分析 得到的极限承载力相比下降了11．4％．
将支腿梁上部板厚由8 mm变为12 mm，重 新进行特征值屈曲分析，计算前五阶失稳模 态‘71．
由计算结果可得，当将支腿梁上部板厚度由
8 mm变为12 mm时，支腿梁仍然先出现局部失 稳，特征值屈曲第一阶屈曲载荷为359    040 N／m。 支腿梁的极限承载力为l    436 kN．比上部板厚度 为8 mm时增加约44％．
同样将上面特征值分析得到的一阶屈曲向量 (节点位移)按一定比例施加到模型上去，作为此支 腿梁的初始缺陷的大小，来改变结构的初始形状．对 其进行非线性分析，得到各载荷步下屈曲模态．(责任编辑：南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网）