绪论：本篇文章主要研究塔式起重机臂架的优化设计和利用ansys对臂架进行建模。塔式起重机简称塔机，也称塔吊，起源于欧洲。它是建筑机械里最重要的成员之一，因为任何高楼大厦都需要往高处运动所需要的物品而且这种建筑需要的物品一般都比较重，一般人类无法人工搬移所以要借助机械的力量。那么塔式起重机则成为建筑行业往高空运送货物的不二之选，它具有载重量大、运输快、重量轻、安装迅速、拆卸简单等优点。在高空最大的影响就是风，但是塔机由钢材（Q345）拼接成最为稳定的三角形结构，因此它特别适合在建造高的建筑物时进行吊运作业，主要用吊钩吊运重物。

一、国内外塔式起重机发展状况、水平及发展趋势

二战后，城市建设需求推动塔式起重机迅猛发展。我国塔式起重机生产与应用已有50多年历史，经历从测绘仿制到自行设计制造的过程：20世纪中期，我国购置先进塔式起重机并仿真研制，1955年试制成功第一台大型塔式起重机，后仿制前苏联塔机，研制出15吨与25吨大型塔机，但数量和吨位较小；60年代，我国开始自发研究设计制造塔机，1961年发明红旗-II塔式起重机，标志快速发展塔机时代开始；70年代，塔机种类繁多、技术过硬；80年代，产品花样繁多；90年代，实现出口，进入繁盛时代。全国塔式起重机总拥有量大幅增长，我国堪称塔式起重机大国。未来，塔式起重机将更安全、方便、人性化、智能化、自动化，运输货物吨位更大，拆装更简单、组装更迅速，且制造成本更低廉。

二、本课题的主要研究工作

用大型有限元分析软件ANSYS对塔式起重机臂架进行三维建模方法就是在笛卡尔空间坐标系中规定好x、y、z、轴的方向然后建立相对应的点的坐标使之组成塔机臂架的骨架，再用线把每个点连起来最终形成三维的臂架模型。对其施加载荷并进行仿真测试。这样能基本上代替真实的塔机运行，这样不仅能减少制作的成本而且还能更科学地研发塔机使它各方面的性能都能达到最优的表现。

三、对大型有限元分析软件ANSYS的介绍

大型有限元分析软件ANSYS使用范围非常地广泛，大到飞机坦克小到玩具的设计。可鉴ANSYS真是无处不在。研究臂架当然也少不了ANSYS出场。它能根据臂架的材料、密度、泊松比通过笛卡尔坐标系建立出三维模型进行仿真运行。分析出最危险截面，其原理是运用有限元思想将臂架分成若干个小的单元求得近似解得过程。ANSYS功能强大，操作简单方便。

四、利用ANSYS对题目的研究内容

塔式起重机利用大型有限元分析软件ANSYS对塔机的臂架进行结构的分析，通过坐标系在软件上建立出的经典的力学模型看是否标准可能会直接影响最后仿真出来的结果。建造塔式起重机臂架的有限元分析模型其根本原理就是根据现实的状况在有限元软件中进行图形的相应操作，而不是单纯的在构建模型而已。在平时工作领域经常会碰到的数值模拟分析法有许多，在这其中，有限元法在结构分析中是不可或缺的，它的分析思想是将需要求解的部分分成好多个网格单元，各个单元之间通过节点连接，每个单元都可以被看作是一个新的整体，但是单元内部的某个点如果也需要求值的话，用ANSYS软件可以通过每个单元上的节点进行求解，根据相对应的函数进行求解。

五、ANSYS分析可行度以及优化设计优缺点

使用ANSYS对塔式起重机臂架进行分析时，将单元形状设计得简单，从平衡和能量角度，节点间方程求解会更容易。综合这些方程组与所学知识，可形成含多个未知量的平衡方程，进而解出复杂模型如塔机臂架的相似解。划分更多单元虽能提高结果与真实情况的接近度，使结果更精确，但也显著增加了计算量，延长了计算时间。这是ANSYS使用的显著缺点。因此，需根据实际情况确定单元划分数量，同时，在单元类型选择上，要优先清晰反映力学特征，再在同等条件下选相对简单的单元，以兼顾模型合理性与计算效率。直接在ANSYS中绘制塔机臂架三维模型，虽单元和节点数目少于实体模型，但计算过程简单，求解时间短。求解后，需分别分析结构强度和刚度。强度分析时，依据强度理论，结构需具备较高强度，防止臂架断裂或微小塑性变形。强度达标后，还需计算刚度，确保其符合要求。也可将臂架视为向外伸出的梁，其刚度要求梁挠度最大值和转过最大角度均不超规定标准值。ANSYS具备专业分析能力和开放使用环境，所有可参数化的选项均可进行优化设计。塔式起重机臂架优化复杂，多参数同时作用时，难以预知哪些参数能实现最佳优化，通常只能凭经验选定。而ANSYS为此提供了便利，因此，用其进行塔式起重机臂架优化设计是可行的。

总结：塔式起重机是当今社会建筑行业设备中的最为关键性的机械。本篇文章就是以塔机重最为关键的一部分（臂架）进行深入透彻的研究，用大型有限元分析软件ANSYS进行优化设计。再结合现实生活中的实际情况进行了详尽的设计，并在材料选择和制造规格提供了合理的建议。

（1）在塔机臂架材料选择时有很多种选择但是最好的还是Q345，优点真是太多了首先它的屈服强度为345算是比较好，能接受更大的应力。其次它的抗冻能力也很强，也别适合在我国东北比较寒冷的的地方进行使用。

（2）由于臂架的长度很长在工厂不易于加工在现场也不易于安装，因此把臂架设计成标准节为当下必然的趋势。标准节长度规定为5m，共制作5节共25米。标准节间的联接采用套管连接螺栓，这样不仅工厂容易加工而且在工地工人也容易安装和拆除。

（3）为了安全起见要对塔式起重机的臂架建立仿真模型进行不同工况下的分析。首先必须要对几种特别典型的危险工况进行应力方面的计算，并根据臂架分析后的结果对危险平面进行校核计算，校核成功后才能生产，要做到安全第一。

参考文献

[1]胡宗武，汪西应，汪春生，起重机设计与实例。机械工业出版社，2009.

[2]张青，张瑞军，工程起重机结构与设计。化学工业出版社，2008.

[3]范俊祥，塔式起重机。中国建筑工业出版社，2004.

[4]孟宪颐，高振莉，现代设计方法。机械工业出版社，2010.

[5]时彦林，齐素慈，起重设备。化学工业出版社，2012.

[6]卢耀祖，郑慧强，张氢，机械结构设计。同济大学出版社，2009.

[7]张瑞军，张青，工程起重机结构与设计。化学工业出版社，2008.

[8]刘鸿文，材料力学。高等教育出版社，2010.

[9]周开勤，机械零件手册。高等教育出版社，2011.

[10]荣华，梁冰，工程结构分析ANSYS应用。东北大学出版社，2012.