空箱堆高机司机室防护罩防护能力仿真分析

空箱堆高机司机室防护罩防护能力仿真 空箱堆高机司机室防护罩防护能力仿真分 析 空箱堆高机司机室防护罩防护能力仿真分析 孙远韬党永亮刘家辉 1同济大学机械工程学院上海200439 2深圳大铲湾现代港口发展有限公司深圳518102 摘要:为了评价空箱堆高机司机室防护罩的防护效果,建立了集装箱跌落有限元模 型,并进行空箱跌落 有限元动态仿真评价箱体与防护罩损伤情况及防护罩对的冲击动力学分析,通过 司机的防护效果,从而为防护 罩的设计提供依据. 关键词:空箱堆高机;司机室;防护罩;跌落;冲击;动力学分析 中图分类号:TH242文献标识码:A文章编号:1001—0785(2010)12—0046—03 Abstract:Inordertoevaluatetheprotectioneffectofthecabshieldintheemptycontainerstacker,thepaperestabli— shesthefiniteelementfallingmodel,performstheimpactdynamicsanalysisofemptycontainerfalling,andevaluatesthe damagesofthecontainerbodyandthecabshield,aswellastheprotectioneffectofthecabshieldthroughfiniteelement dynamicsimulation,thus1oprovidedesignconsiderationsforcabshielddesign. Keywords:emptycontainerstacker;cab;shield;falling;impact;dynamicsanalysis 集装箱空箱堆高机是通过吊具沿着门架上下 移动实现集装箱空箱运输和堆垛作业的工业起重 搬运车辆,广泛应用于港口,码头,集装箱中转 站,堆场以及集装箱生产基地?.随着集装箱码 头作业日益繁忙,设备日益大型化,科技含量不 断增加,设备维护和设备操作的难度也随之加大, 在高速繁忙的作业环境下,因设备故障或操作不 当造成箱体跌落事故的发生几率也随之增加.为 了减少安全隐患,有必要开发司机室防护罩,对 操作人员进行一定的防护,降低发生伤亡事故的 几率.本文基于有限元仿真软件Ansys/LS—Dyan 对集装箱(空箱)跌落时对结构的冲击情况进行 动力学分析,通过有限元动态仿真评价箱体与防 护罩损伤情况及防护罩对司机的防护效果. 1模型的建立 1.1集装箱模型建立 大铲湾港目前主要对40英尺HQ集装箱进行 装卸操作,相关技术参数:集装箱长12.032m, 宽2.3521TI,高2.698m,重量为3.9t.根据建模 规模,并考虑降低求解规模,长度缩小为4.2m, 高度减小为1.335m进行计算.为了保证模型的计 算总重量(3.9t),调整集装箱板带密度,而保持 弹性模量和泊松比不变,使模型的力学性能不发 ...—— 46...—— 生改变. 1.2防护罩结构的有限元模型 根据图纸实际尺寸及板厚建立防护罩结构的 有限元模型,如图1所示.所选用结构类型 主要为Shell163,防护罩节点数为11825,单元数 为12686.假定支撑柱固定,不考虑轮胎的变形. 图1防护罩有限元模型 1.3接触算法的选择 防护罩受冲击是一个瞬态的复杂物理过程, 其包含以大位移,大应变为特征的几何非线性和 以材料弹塑性变形为典型特征的材料非线性.这 些非线性物理现象的综合作用结果使防护罩碰撞 过程的精确描述和求解十分困难.因此,防护罩 的撞击问题一般采用显式有限元算法.为了充分 地描述在大变形接触和动态撞击中的复杂几何体 之间的相互作用,在Ansys/LS—Dyna中引入多种 《起重运输机械》2010(12) 接触类型,包括节点一面,表面一表面,单面, 单边,侵蚀,固连,固连断开,压延筋和刚性体 接触等.本文采用自动节点一表面接触方法,自 动确定壳单元的接触表面方向,检查壳单元每个 面的接触. 1.4碰撞的初始条件 当上述的空集装箱意外从第6层自由下落 12.912m后,以15.962m/s的速度与防护罩正上 面相撞,碰撞前的模型如图2所示. 图2碰撞前的模型 1.5分析过程 考虑结构在非常规载荷——集装箱撞击作用 下发生局部损伤,进而引起其他部分的受力分布 改变或者可能发生持续损伤的情况,通过有限元 接触(碰撞)方法分析撞击过程中防护罩及箱体 作用应力分布与变形,考察其损伤情况.分析方 法:根据箱体在坠落后与防护罩相碰的受力情况, 分析碰撞过程中箱体与防护罩的变形及应力值. 当结构材料失效时,可以看到失效部分形成空洞 或者断裂,此时去掉失效部分,继续程序计算直 到完成整个计算. 2结果分析 在接触初始时刻,整个防护结构接触点最大 应力为525MPa,如图3所示,其对应的节点号为 11825. 在0.0285S时结构最大应力为601MPa,见 图4,其对应的节点号为1111. 图5为节点1111处的应力变化曲线图,可以 看出在整个过程中,最大应力为601MPa,未超过 许用值. 当应力最大时结构的综合变形为14mm,如图 6所示,其对应节点为9648. 《起重运输机械》2010(12) 图3接触开始时应力状态 图40.0285S时的应力状态 7 8 '4 1 图5节点1111处应力状态变化曲线 " ?l "009094?I】2(嘶?…? 图6综合变形 节点9648Y方向(垂直方向)位移曲线图, 如图7所示,最小位移约为1mm. 节点9648X方向(臂架方向变形)位移曲线 图如图8所示. ..--—— 47----—— 图7节点9648Y方向位移曲线图 图8节点9648X方向位移曲线图 整个结构在整个接触过程中的y方向(垂直 方向)最大变形约为一11mm(见图9),其节点 编号为1140,该点的y方向变化过程曲线如图10 所示. 图9Y方向最大变形 顶点z方向(侧向)最大位移为8mm,结束 后可以看到基本上回复原位,如图11. 3结论 0081624324485664728 时间/l0一S 图10节点1140Y方向位移曲线 图1l顶点z方向位移变化曲线 按照本计算,防护罩应力变化在许可范围内, 变形不大.可以认为结构是安全的,能够对司机 安全予以防护. 参考文献 [1]张连文.SDC90K8空箱堆高机ADAMS安全稳定性分 析[J].起重运输机械,2008(1):62—64. [2]胡晓斌,钱稼茹.多层平面钢框架连续倒塌仿真分析 [J].力学与实践,2008,30.(4):53—57. 作者: 地址: 邮编: 收稿日期: 孙远韬 上海市三门路318弄同济北苑29号302室 2O0439 2010—06—28 ?? ?…-?…??…??…??…??…??…??…??…??…-?…??…??…??…? ?…??…??…-?…??…??…??…??…??…??…??…??…??…??…? ?…-?…??…??…??…??…??…??…??…??…??…??…??…??…? ?…-?…??…??" (上接第45页)作者: [5]金星,文明,李俊美.寿命服从指数分布产品相关失地址: 效解析分析[J].装备指挥技术学院,2002,13 (4):37—39.邮编: [6]曹晋华,程侃.可靠性数学引论[M].北京:高等教收稿日期: 育出版社,2006. ...—— 48...—— 葛阳 河北省石家庄市和平西路97号军械工程学院装 备指挥与管理系 O50003 2010——06——22 《起重运输机械》2010(12) 8642O2468 00o0一 E.I,不J