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門式啟閉機是用于水電站的啟閉閘門的設備，如何在滿足門架的強度、剛度、穩(wěn)定性的條件下，優(yōu)化門架結構有著非常重要的意義。本研究用ANSYS軟件建立了 SHELL63 彈性殼單元模型，對門架結構的連接、約束、載荷進行設置和處理，計算出門架的應力和變形。
門式啟閉機門機設計總高約33.65 m，其中門架高19.45 m。門機跨度為16 m，大車基距為12 m。主小車自重1318 kN，主小車起升荷載4500 kN，副小車自重481 kN，副小車起升荷載1000 kN。主小車主要運行于跨內，副小車主要運行在門架懸臂端。主小車和副小車公用軌道，軌距5.6 m，小車輪距主小車為4.3 m，副小車為4.2 m。
為考察不同工況條件下啟閉機的受力和變形情況，采用三維結構有限元分析。以整個啟閉機為分析對象，建立計算模型，并通過通用有限元軟件進行計算分析。啟閉機結構有限元計算采用線彈性有限元法，把啟閉機離散為板單元三維彈性結構，所有的鋼板構件采用板單元模擬。
板單元選用四節(jié)點彈性板殼元。這種板單元是基于薄板理論建立的，模型建立過程中通過不同的實常數(shù)來考慮不同規(guī)格鋼板的厚度和質量，并綜合考慮了板的彎曲和剪切變形。 在建立有限元分析模型時，Z方向取為沿大車軌道方向，X方向取為垂直于大車軌道方向，Y方向按照右手法則取為啟閉機的高度方向。本次分析計算模型劃分的單元總數(shù)為 8861個。節(jié)點總數(shù)為7646個。
1.2 約束處理
啟閉機下橫梁與大車車輪連接座板的支鉸處受到鉛垂方向（Y 向）的位移約束，根據(jù)該門架結構前后對稱及懸臂的受力特點，取約束使結構成為單側的一次超靜定結構，即上游側門腿限制UX、UY、UZ，釋放MX、MY、MZ，下游側門腿鉸支限制UY、UZ，釋放UX、MX、MY、MZ。
1.3 計算荷載
計算荷載主要考慮作用在啟閉機上的結構自重，起吊荷載及其動載效應以及風荷載四個部分。下面詳述如下：
（1）門架自重按照板的面密度由程序自動計算生成，鋼板密度取7.8×e-6 g/mm3。
（2）小車自重按照重力考慮，連同起吊荷載一起作為集中力分四處加在小車的軌道對應主梁的腹板上，其中主小車自重 1318 kN，主小車起升荷載 4500 kN，副小車自重 481 kN，副小車起升荷載 1000 kN。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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