有限元技術與起重機設計 finite element analysis and crane design

      我國的起重機制造業自建國以來已有幾十年的歷史了，我們的起重機設計制造受前蘇聯的設計風格影響深遠，有代表性的設計同時也是令當今眾多起重機廠津津樂道的當屬大連起重機廠的設計了，比如LD型電動單梁起重機，QD型通用橋式起重機，LH型葫蘆雙梁起重機，QZ型抓斗橋式起重機，YZ型抓斗橋式起重機等等都設計出了系列化的標準圖紙，給投標和生產制造帶來了很大的便利，而且也被很多起重機制造企業沿用至今，有些企業把這套前人的經驗總結進行了整理形成了自己的標準，有些有規模的企業還在原設計基礎進行了重新的制圖�？傊�不管怎樣說，骨子里還是那套設計圖紙。

     過去的起重機廠的設計圖紙源于上世紀七八十年代，設計考慮到的是當時的工藝水平，比如當時的焊接水平，當時的材料（多以沸騰鋼為主），以及整體的加工預制能力；可如今在焊接水平迅猛發展，鋼材制造工藝不斷提高，加工水平不斷發展的前提下，那些設計總會顯得有些捉襟見肘�！镀鹬貦C設計規范》給了我們很多的設計經驗公式，經驗系數。無疑這些是幾十年來起重機人智慧和汗水的結晶，在不斷的失敗不斷的實踐中得到的總結，但是這些設計手段過于陳舊，和幾十年前的設計方法鮮有出入，與飛速發展的生產工藝水平不相映襯；本身基于初等彎曲理論（材料力學）的設計思想就存在很多的不足，比如問題的考慮角度，求解的深度等等，這無疑會打擊設計人員在產品升級過程中對結構安全性把握的信心，對結構設計缺乏十足的把握，繼而只能往結果上加乘安全系了，這樣使得優化和產品升級失去了原本意義。一定程度上講，使的起重機設計人員對結構計算望而卻步甚至加劇了對原有設計的盲目崇拜。然而復雜的高等彎曲理論（彈性力學，振動力學，斷裂力學等）對設計人員的自身素質要求過高，應用也過于復雜，不具備適用性和可操作性。然而隨著有限元技術的發展使得這一矛盾得到了解決，現行的有限元程序很多，龍輝起重以ANSYS為例對起重機結構進行有限元模擬，采用板殼單元模擬箱型結構，梁單元模擬桁架桿系結構，通過數字化建模技術對結構的幾何尺寸進行還原，進而通過與實際結構更接近的三維模型進行結構的靜力分析，對各種不同的工況分別施加載荷，計算起重機的剛度強度穩定性等各項力學參數，分析材料在結構中的受力情況；通過模態分析計算結構的振動特性，諧波響應分析計算在驅使頻率下的響應等等；

     與傳統的計算方法相比，我們可以更科學地以板殼理論，實體空間理論為基礎去認知結構，分析結構，這是傳統的計算方法很難做到的，材料力學的簡支梁理論從一個整體的概念去考慮問題會忽略很多東西；而經驗公式法和系數法又跟不上工藝水平的發展；只有通過先進的自然科學來彌補對結構認知的不足。