2.2邊界條件及加載

起重機在實際吊載工作中受到重物載荷和計算載荷２種類型的載荷。模擬分析時需要考慮該起重機在起吊最大額定載荷即６００ｔ、并處于極限工作位置的工況。因此，仿真分析以下幾種工況：１種工況：幅度為１９ｍ即變幅角為６７.７５°、起重量為６００ｔ；第２種工況：幅度１９ｍ、只計自重；第３種工況：幅度為９ｍ即變幅角為８４.４５°、起重量為６００ｔ；第４種工況：幅度為９ｍ、只計自重。

對模型施加載荷和邊界條件。變幅拉繩與地面固結(jié)，桅桿底部固定X、Y、Z方向的移動和繞Y、Z方向的轉(zhuǎn)動，變幅拉繩由于是用Ｌｉｎｋ１０單元摸擬，所以在每個節(jié)點處約束X方向的移動。載荷一種是整體的重力載荷，通過對整體模型施加Y方向的９.８ｍ／ｓ２的加速度。另一種是集中載荷，即起重機的最大起重量６００ｔ，分別在兩邊滑輪組上施加３０００ｋＮ垂直向下的力。６００ｔ的力加載為集中力，雖然在連接點處會引起很大應力集中，但并不影響箱形梁和桁架的受力情況。

2.3仿真結(jié)果及分析

由于該起重機的重點關(guān)注部位為主桅桿和上橫梁，因此，在結(jié)果顯示中忽略變幅鋼絲繩和定滑輪處的應力結(jié)果。主桅桿４種工況的整體應力云圖、上橫梁應

力云圖和主桿局部應力云圖分別見圖５。

從有限元仿真結(jié)果云圖中可以看出，４種工況中最危險工況是第１種工況，起重機結(jié)構(gòu)最大應力出現(xiàn)在箱形梁與桅桿連接部位，其最大應力為１８５ＭＰａ。由于該單元位于桅桿與箱形梁連接處，存在有限元計算中的應力集中，且現(xiàn)場結(jié)構(gòu)該處

存在局部補強和加強筋板，實際應力應遠小于計算值。從４種工況的應力云圖中可以看到，主桅桿受力較均勻。

3、現(xiàn)場應力測試

3.1現(xiàn)場測點和測試工況

對該起重機的應力測試同樣集中于起重機的主桅桿結(jié)構(gòu)，主桅桿結(jié)構(gòu)為桁架結(jié)構(gòu)，主應力方向明確，貼片方式采用沿主應力方向貼單片應變片，針對該類型起重機的典型受力構(gòu)件及危險斷面情況，結(jié)合有限元分析結(jié)果和現(xiàn)場情況，確定應變片布置圖，共布置測點１４個，如圖６所示。

分別選擇靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀和無線動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀作為測試儀器。靜態(tài)數(shù)據(jù)采集點采樣頻率設(shè)為１Ｈｚ，應變片接線采用半橋方式，使用有線方式，儀器使用共用補償片方式，無線動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀進行數(shù)據(jù)采集，采樣頻率為

１００Ｈｚ。應變片接線采用半橋方式，使用無線遙測方式，每個測點采取１個工作片和１個補償片的連接方式。

根據(jù)起重機特點和現(xiàn)場情況，設(shè)定３個測試工況如表１所示，其中工況Ⅰ和工況Ⅱ測試結(jié)構(gòu)靜態(tài)應力，工況Ⅲ測試結(jié)構(gòu)動態(tài)應力。

3.2測試數(shù)據(jù)

在完成測試準備工作后，根據(jù)現(xiàn)場測試工況的要求，檢查和調(diào)整起重機，使之處于正常工作狀態(tài)。調(diào)試和檢查有關(guān)儀器，合理選擇靈敏系數(shù)，消除儀器自身的影響。在測試中每個工況應重復做３次，比較測試數(shù)據(jù)無重大差別。如果誤差超過１０個微應變，則應查明原因，并重新測試直至穩(wěn)定。在測試過程中，觀察結(jié)構(gòu)是否有永久變形或局部損壞。如果出現(xiàn)永久變形或局部損壞應立即終止試驗，進行全面檢查和分析。記錄各測點應變值，并對數(shù)據(jù)進行處理，獲得各測點工況Ⅰ和工況Ⅱ的靜態(tài)應力值，部分測點數(shù)值見表２。

通過各測點的靜態(tài)應力值可知，在工況Ⅰ即９ｍ幅度、起升額定載荷時，主弦桿整體受到壓應力，應力最大值（６１.６ＭＰａ）出現(xiàn)在測點８，即下游側(cè)最后一節(jié)主弦桿處。通過有限元計算的第４種工況可知自重應力約為１４.４ＭＰａ，此時安全系

數(shù)為通過各測點的靜態(tài)應力值可知，在工況Ⅰ即９ｍ幅度、起升額定載荷時，主弦桿整體受到壓應力，應力最大值（６１.６ＭＰａ）出現(xiàn)在測點８，即下游側(cè)最后一節(jié)主弦桿處。通過有限元計算的第４種工況可知自重應力約為１４.４ＭＰａ，此時安全系

數(shù)為相對較小。部分測點動態(tài)應力測試結(jié)果見表３，其中動態(tài)應力穩(wěn)定值為應力峰值附近范圍內(nèi)的均值，對比值為動態(tài)應力峰值與動態(tài)應力穩(wěn)定值的一個比值

4、結(jié)果比較分析

將有限元分析結(jié)果和現(xiàn)場實測結(jié)果進行比較分析，根據(jù)現(xiàn)場各測點的實際位置，在有限元后處理中截取該單元的應力值，與現(xiàn)場實測數(shù)值進行比較，部分測點的比較數(shù)據(jù)如表４所示。其中實測數(shù)據(jù)為現(xiàn)場應力測試與有限元自重計算數(shù)據(jù)之和，比較值為有限元分析結(jié)果與現(xiàn)場測試的比值，從比較值可以看到有限元計算結(jié)果偏大，計算結(jié)果較保守，有限元計算結(jié)果和現(xiàn)場測試結(jié)果的整體趨勢是一致的。

5、結(jié)束語

在對大型起重機安全性評估中，其金屬結(jié)構(gòu)受力情況一直是關(guān)注的重點。有限元仿真法和現(xiàn)場實測法是目前２種常用的方法，但兩者都有其局限性，不可完全替代。有限元仿真法的計算成本低，可獲得整體模型的應力分布，理論上在按

照模型的精確幾何尺寸并進行精確邊界條件設(shè)定后，可獲得精度較高的求解結(jié)果。但實際上模型的精確現(xiàn)場尺寸和邊界條件獲取比計算本身困難很多，在計算中不可避免做出優(yōu)化。現(xiàn)場實測法可以反映設(shè)備的真實狀況，但在測點選擇中不一

定能選擇到結(jié)構(gòu)磨損、腐蝕引起的應力集中區(qū)域，而測點的增多會帶來測試成本的提高，并且現(xiàn)場測試無法獲得設(shè)備的自重應力。本文將２種測試方法應用于６００ｔ桅桿起重機金屬結(jié)構(gòu)的安全性評估中，獲得該起重機金屬結(jié)構(gòu)安全狀況。２種方法所獲得結(jié)果表明該起重機金屬結(jié)構(gòu)強度符合設(shè)計規(guī)范的要求，本文的測試分析方法和步驟對同類問題的解決具有指導作用。