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箱形伸縮式吊臂結構由于結構緊湊、空間剛度大、抗扭性能好， 廣泛應用于汽車起重機中。伸縮式吊臂多數制成矩形截面的箱型結構，箱體結構內裝有伸縮液壓缸，在吊臂的每個外節段內裝有支承內節的滑塊支座，各節臂之間可以相對滑動，吊臂根部與轉臺鉸接，靠近吊臂根部裝有變幅液壓缸，可實現吊臂在變幅平面內自由轉動。吊臂是一個主要承受軸向壓力、彎矩，以及轉矩的構件。吊臂的常規設計計算通常的方法是將吊臂結構視為梁模型進行強度分析及剛度分析。使用有限元分析法計算易于電算化，并且商業有限元軟件功能強大，技術上非常成熟，所以在吊臂力學分析中運用越來越多。
紀愛敏等使用ANSYS的板殼模型對某型汽車起重機的吊臂進行有限元分析，獲得了比較準確的結果，并與試驗結果相符，吳曉、王立彬、靳慧均使用super SAP的板單元分別對某型鐵路救援起重機、100 t鐵路起重機的吊臂進行分析，得出吊臂受力最不利的工況位置，并與試驗結果進行對比，提出改進建議。蔣紅旗等使用ANSYS的實體單元對某型起重機吊臂、高空作業車作業臂進行有限元分析，提出了吊臂設計改進意見。
但在上述建模過程中，過多的模型細節將使板殼、實體平面瑣碎，必須通過GLUE命令使其邊界條件連續，而且容易導致局部網格過密，增加建模過程復雜程度，加大計算成本，降低工作效率。起重機在一般情況下只要求計算結構的靜態剛度和應力強度校核，為了提高有限元分析效率，在ANSYS中利用自定義截面單元直接建立梁模型行有限元計算，并與理論解析解進行比較，計算結果較為精確，具有實際參考意義。
正常工況下進行計算吊臂所受載荷包括自重、起升載荷以及由于起重機的起升運行、變幅回轉機構啟動或制動引起的載荷及風載。吊臂載荷如圖所示，根據吊臂的受力特點及工作情況，將吊臂上的載荷分解為在變幅平面和旋轉平面內的載荷。由于模擬吊臂自重時，采用ANSYS自動計算。
故計算垂直載荷時去掉式中第二項，即：單元采用BEAM44為3-D線彈性漸變非對稱截面梁單元，具有拉伸、壓縮、扭轉和彎曲的能力。其每個節點有6個自由度，3個方向的轉動和3個方向的平動。單元允許具有不對稱的端面結構，并且允許端面節點偏離截面形心位置，同時可以釋放梁節點的相關自由度。BEAM44可以使用SECTYPE、SECDATA、SECOFFSET、SECWRITE和SECREAD命令來建立任何形狀的橫截面，這為變截面吊臂直接在ANSYS中建模提供了方便。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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