Козолуп Г.М., Соболевський О.Я., Лимаренко О.М.

Одеський національний політехнічний університет

Моделювання і розрахунок кран-балки навантажувача

В роботі розглянута кран-балка навантажувача (рис.1), що має такі габаритні розміри:

Рис.3.1 Загальна схема кран-балки навантажувача

Вага	Н	Е	Д	ІSO
1200 кг	3000 мм	1670 мм	700 мм	510 мм

Конструктивні елементи такої кран-балки мають, в основному, не складну геометричну форму (тонкостінний переріз замкненого або відкритого профілю).

В сучасному житті є багато програмних продуктів, побудованих на реалізації алгоритму методу кінцевих елементів (МКЕ). Ці програми носять універсальний характер і розроблені настільки глибоко, що дозволяють розраховувати практично будь-які конструкції при широкому спектрі навантажень, граничних умов, моделей матеріалу і т.д.

У даній роботі використана система просторового моделювання SolidWorks та програмний комплекс ANSYS.

Початковим етапом в аналізі будь-яких конструкцій, у тому числі і металоконструкції кран-балки, є побудова геометричної моделі. Основою геометричної моделі будь-якого проекту являється твердотіла деталь, що дозволяє відобразити форму і розміри конструкції.

У сучасних CAD-системах об'ємні геометричні моделі є основним засобом опису конструкції і використовуються як база для випуску конструкторської документації.

Розбивання деталі на кінцеві елементи (сітку) відбувається автоматично і залежать від розмірів конструктивних елементів деталі. Якщо деякий геометричний елемент має менший розмір, то кінцеві елементи будуть зменшуватися до тих пір, поки їх розмір не стане меншим допустимої межі (автоматична розбивка).

Статичне навантаження, що діє на елементи несучої кран-балки – вага вантажу, як правило, це зосереджена сила.

На основі аналізу реальних конструкцій кран-балок що входять до складу навісного обладнання навантажувачів можна перелічити наступні варіанти умов закріплення таких конструкцій:

· закріплення основи стійки кран-балки (заборона всіх переміщень);

· з'єднання елементів кран-балки з використанням жорстких зв'язків.

З метою запобігання зміни просторового положення кран-балки, до її основи прикладаються обмеження осьових зсувів у напрямках осей X, Y, Z, (рис. 2).

Рис. 2. Закріплення та навантаження моделі в SolidWorks

Порівняльна таблиця результатів розрахунку

Перерізи елементів – квадрат □200мм
Вертикальне переміщення торцевого перерізу кран-балки	Інженерний розрахунок	51 мм	Розрахунок в програмі «CosmosWorks»	45 мм
Еквівалентні напруження	Інженерний розрахунок	109 МПа	Розрахунок в програмі «CosmosWorks»	92 МПа
Кутове переміщення торцевого перерізу кран-балки	Інженерний розрахунок	0,04 рад	Розрахунок в програмі «CosmosWorks»»	0,007 рад
Перерізи стійки та ригеля – квадрат □200мм; розкосу – двотавр №20
Вертикальне переміщення торцевого перерізу кран-балки	Інженерний розрахунок	61 мм	Розрахунок в програмі «CosmosWorks»	53 мм
Еквівалентні напруження	Інженерний розрахунок	126 МПа	Розрахунок в програмі «CosmosWorks»	104 МПа
Кутове переміщення торцевого перерізу кран-балки	Інженерний розрахунок	0,08 рад	Розрахунок в програмі «CosmosWorks»»	0,02 рад

Зіставлення числових значень напружень і переміщень, отриманих при кінцево-елементному аналізі кран-балки навантажувача в SolidWorks, з відповідними значеннями цих величин, отриманими при інженерному розрахунку, дозволяє зробити висновок про вірогідність тих допущень, які були прийняті на етапах геометричного й кінцево-елементного моделювання. Цей висновок, очевидно, буде справедливим і відносно граничних умов, а також величин і характеру прикладання зовнішніх навантажень.

Додатково виконано розрахунок кран-балки в програмному комплексі ANSYS і отримані наступні результати (рис. 3-5):

Рис. 3 Деформована форма кран-балки

Рис. 4 Вертикальні переміщення які виникають в кран-балці

Рис. 5 Кутові переміщення та еквівалентні напруження в кран-балці

На основі отриманих результатів розрахунку не складної за геометрією конструкції можна зробити наступний висновок, що реалізація нових підходів, уточнення розрахункових схем і використання комп’ютерного моделювання дозволяє суттєво точніше визначати напружено-деформований стан машинобудівних конструкцій, враховувати взаємовплив конструктивних концентраторів напружень, дає можливість виконувати оптимізацію конструкції на основі аналізу розподілу напружень і переміщень.

Література:

1. Чигарев А.В., Кравчук А.С., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров: Справочное пособие. М.: Машиностроение – 1, 2004. – 512с.

2. Баженов В.А., Дащенко А.Ф., Коломиец Л.В., Оробей В.Ф., Сурьянинов Н.Г./Численные методы в механике. — Одесса, «СТАНДАРТЪ», 2005. — 563 с.