基于APDL的虎門大橋檢查車強度分析

(華北水利水電大學機械學院 河南 鄭州 450000)

一、引言

橋梁檢查車是檢查車的一種，其裝備有多種橋梁檢測儀器，可以為橋梁檢查人員提供安全、便利的作業平臺，快速地讓橋梁檢測人員進入作業位置進行流動檢測或維修作業，且檢查車工作時不影響交通，故現廣泛應用于現代橋梁檢查工作。

利用APDL將ANSYS命令組織起來，編寫出參數化的用戶程序，從而實現有限元分析的全過程，即為參數化建模。

二、有限元模型

使用APDL語言建模，采用自下而上的建模方式。在建模之前，根據虎門大橋檢查車結構特點，確定設計結構的尺寸，作為設計變量。然后確定關鍵點在坐標系中所處的位置，通過關鍵點生成直線，直線生成面，直至建模完成。下面以虎門大橋檢查車為例，介紹參數化建模實現方法。

(一)定義單元類型、截面類型與材料參數。整個檢查車由型鋼焊接而成，故建模時采用能自定義截面特性的beam188單元。此類單元每個節點有6或7個自由度，能很好的應用于線性分析，大偏轉、大應力的非線性分析。用直線表示桿件，用關鍵點表示連接點。

為保證模型準確，便于進行后續分析計算，根據實際條件定義兩種截面，類型均采用HREC(空心矩形或箱型)，截面尺寸如圖1:

圖1 檢查車梁單元兩種截面類型

虎門大橋檢查車的材料為Q235鋼，其主要考慮的力學特性如表1所示。

表1 虎門大橋檢查車的材料參數

(二)三維有限元模型的簡化處理和建立。由于在同一個連接點點會出現多個焊接接頭時會采用焊接板進行連接，這樣會造成建模復雜不容易操作，因此建模時對焊接接頭進行合理的簡化，取消了連接板，將一個連接點處的所有桿件直接接在節點上。由于電機和欄桿對整個結構的強度和剛度沒有影響，因此建模時將電機和欄桿的質量和受到的風載換算成節點力直接加到相應的節點上。

檢查車有限元模型如圖2所示。

圖2 虎門大橋檢查車的有限元模型

(三)網格劃分。網格劃分直接影響到后續的后處理工作。合理進行網格劃分可以使計算方便、省時，提高有限元分析所得結果的準確性。ANSYS中提供了自由網絡劃分、映射網絡劃分以及掃掠網絡劃分三種網絡劃分方式。本文選用自由網絡劃分方式，使用LMASH,ALL指令，劃分線生成線單元。

(四)添加約束。(1)檢查車通過行走車臺安裝平臺處與橋梁軌道連接，故在此處X、Y、Z三個方向均需施加約束。(2)為保證檢查車正常工作，在左支撐點和左加強支撐處X方向施加約束。

(五)施加載荷。由于在自重+順橋向16級風狀態下對橋梁進行應力分析，故橋梁受重力和風載荷共同作用。

三、載荷計算

工況：順橋向16級風載荷+桁架結構自重非工作狀態。

16級風作用時：桁架結構+設備自重：G1=17652.82×10=176528N；檢查車下桁架工作重量(設備)：G2=600×10=6000N；總重：G=G1+G2=182000N；風載荷：PW=1.7×1.4×1500×33.42=119.32kN

檢測車受16級順橋向風載，假設順橋向風沿-z方向。

四、結果分析

圖3 檢查車應力云圖

五、總結

1.常溫下Q235鋼的需用彎曲應力約為158MPa，由ansys分析可知，自重+16級風載荷作用狀態下檢查車所受的最大應力為100.39MPa<158MPa，故強度條件符合要求。2.本文采用APDL語言編寫命令流文件，實現了對于檢查車的參數化建模，為后續有限元分析提供了高效、便捷的建模方法。3.模型的某些尺寸結構發生變化，只需要對相應的參數進行重新賦值，即可得到新的模型，增加了模型的可重復利用性，提高了設計效率。