1、ANSYS在水电站固卷机架结构设计中的应用ANSYS在水电站固卷机架结构设计中的应用摘要:针对糯扎渡水电站2x 800 k N固定卷扬机的设计要求，分析固卷机的计算工况及计算载荷，用ANSYS软件建立SHELL63弹性壳单元模型，对金属结构的连接、约束、载荷进行有效处理，对固卷机架的应力、变形进行有限元计算，并对机架进行了模态分析，为结构系统的振动特性分析、振动故降诊断和预报以结构动力特性的优化设计提供依据.关键词:固卷；ANSYS；应力；变形；有限元；模态分析1综述 2 x 800kN尚定卷扬机是用于糯扎渡水电站的启闭机械设备，需在满足固卷的强度、刚度、稳定性的条件下，减轻钢结构的自重.笔者
2、用ANSYS软件建立了SHELL63弹性壳一单元模型，结合实际结构，对金属结构的连接、约束、载荷进行合理的处理，计算出机架的应力和变形，并对机架进行了模态分析。 ANSYS是一种运用广泛的通用有限元分析软件，它是集结构、热、流体、电磁场、声场和藕合场分析于一体的大型通用有限元分析软件，涵盖了机械、航空航天、能源、交通运输、土木、建筑、水利、电子、地矿、生物医学、教学科研等众多领域。由于ANSYS软件具有建模简单、快速、方便的特点，因而成为大型通用有限元程序的代表. ANSYS软件的主要功能包括建立模型、结构分析、非线性分析、电磁分析、计算流体力学分析、接触分析、压电分析以及结构优化等.ANSY
3、S软件主要包括3个部分:前处理模块、分析计算模块和后处理模块。2固卷机架建模一个结构，特别是对于复杂结构，可以有多种建模方案，要合理选择方案，既要满足精度要求。又要节省时问，降低工作量，并使计算结果直观化，机架有限元模型建立的是否合理将直接影响计算结果的正确性。因此，建立能够确切模拟实际系统的模型是整个分析过程的关键。用ANSYS软件建立了SHELL63弹性壳单元模型，结合实际结构。对金属结构的连接、约束、载荷进行合理的处理，计算出机架的应力和变形，并对机架进行模态分析。模型建立的依据为机架设计的原始尺寸，机架模型如图所示。3机架结构静力分析3.1工况及约束处理 工况：机架在固定位置处起吊80
4、0kN额定载荷，约束:机架下端4个角位置处有4块垫板，垫板受到铅垂方向(y向)的支撑位移约束和X向的位移约束，靠右侧的z块垫板受到Z向的位移约束.其余所有的节均为自由节点3.2计算荷载 主要考虑机架的结构自重、起吊载荷及其动载效应. a，机架自重钢板密度取7.8 x 103kg/m3 b，起吊荷载通过钢丝绳作用在轴承座支座、定滑轮支座、平衡滑轮位置处; c.通过起升荷载乘以动力放大系数来考虑起升荷载的动载效应，其中起升制动加速度按照0.1m/s2考虑。 计算结果表明:机架的大部分板件(边梁、定滑轮梁、平衡滑轮梁)的折算应力计算值在100Mpa以下，小于材料的许用应力值=230 MPa，定滑轮梁
5、的Y向变形最大值为0. 57 mm ,小于许用值2 450/2 000 = I . 23 ( mm ).因此，整个机架计算应力值和变形均小于钢材的设计许用值，满足强度和刚度要求，应力和变形满足规范要求，其设计的安全系数较大，从应力分析角度看，材料抵抗破坏的能力大.综合评价:机架设计趋于保守。能在危险工况下安全工作，而且具有较大的优化空间，可通过结构优化来合理、经济地使用材料4机架模态分析模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性，即结构的固有频率和振型.它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分
6、析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程，模态分析的最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据.5结语A建立了固卷机架结构的整体壳单元模型，对载荷的施加,结构件之间的连接及约束根据实际结构作了适当处理，避免了局部计算应力过大与实际情况不相符的现象；B分析了机架工作过程中的工况及其承受的载荷，进行了强度与刚度计算；C对固卷机架进行了模态分析。通过ANSYS软件建立固卷机架模型并对之进行有限元分析，是一种行之有效的结构设计和验证方法，在机架结构设计中起到非常重要的作用。折算应力机架1阶固有频率及变形机架2阶固有频率及变形机架3阶固有频率及变形机架4阶固有频率及变形机架5阶固有频率及变形机架6阶固有频率及变形机架7阶固有频率及变形机架8阶固有频率及变形机架9阶固有频率及变形机架10阶固有频率及变形参考文献1 龚曙光. ANSYS工程应用实例解析M.北京:机械工业出版 社,2003.2 伍义生，吴永礼.有限元法教程(第二版)M.北京:电子工业出版社，2003.3 叶先磊,石亚杰.ANSYS工程分析软件应用实例M.北京：清华大学出版社,2003.
