基于Workbench的吊装强度计算

1 前言

工程建设中，采用吊绳对设备进行吊装是非常常见的，吊装方案设计中重要的一环就是对设备吊装状态下的强度刚度评估，当然吊绳的强度就更为基础了。今天，我们用Workbench对物体的吊装进行简要案例演示，本案例的核心在于吊装一体（吊绳和物体）的建模计算。

2 建模描述

我们在DM建立线体模型，仿真四根吊绳起吊一个钢平台，如下图。由于钢平台需要用beam单元来模拟，吊绳需要用link/truss单元来模拟，涉及到不同类型单元的连接，若采用spot weld或者body-to-body的joint来连接，那么钢平台和吊绳要分别属于不同的body。另外，两种单元的连接点虽然是同一个位置，但是建模的时候这个位置要有两个点分别隶属于两个单元的端点，再进行连接约束。

钢平台的结构截面我们采用空心型钢，吊绳的截面采用实心圆。

3 求解与计算

我们分别采用三种方式来模拟吊绳和钢平台的连接。除了连接点的设置不一样，其他的力学条件都是一样的。

首先，钢平台采用beam单元，吊绳采用link/truss单元（可以选择受力形式，对于柔性吊绳，则不考虑受压）。

简化考虑，吊绳和钢平台的材料属性均采用结构钢。

划分网格，注意对于link/truss单元，只需两端两个节点，无需划分网格，新版的workbench已经自动略去该网格划分。

对于link/truss单元，需要打开大变形选项，否则软件会警告甚至计算发散。

另外，也建议打开弱弹簧weak springs选项，以防止发生刚体位移造成计算奇异，最后再查看weak springs的约束反力，如果相比其他边界的约束反力微乎其微则可忽略weak springs对计算结果的影响。

我们建立如下的力学边界，只考虑重力作用，该问题即为四根吊绳分别连接到钢平台四个点，然后从中心往上吊起钢平台。

3.1 采用spot weld连接

Beam和link/truss采用点焊spot weld连接设置如下，在接触contact里面添加。

我们看一下这种设置的变形情况，从下图可以看出变形趋势符合实际情况。

再看一下各单元的轴向力情况，四根吊绳承受相同的拉力。

再看一下各单元的弯矩情况，由于link/truss只能承受轴向力，因此不存在弯矩结果，也无法用beam tool工具读取梁应力。

检查一下吊点的作用力，为1698.6N，与重力方向相反，力的大小与钢平台和吊绳的总重力一样。

当然，我们也可以通过自定义的方式计算吊绳所承受的拉应力，只要将轴向力除以截面积即可。

3.1 采用body-to-body连接

通过创建类型为body-to-body fixed 的joint将吊绳和钢平台连接起来。

我们仅看一下变形和轴向力的计算结果，基本与spot weld连接设置的计算结果一样。

3.3 通过多体部件form new part连接

此时，不再有connection设置，因为吊绳和钢平台组成了一个part部件，对于该设置，如果计算不开启weak springs选项，则计算奇异。

同样地，我们仅看一下变形和轴向力的计算结果，基本与前面两种连接设置的计算结果一样。

文章来源：仿真与工程 ，作者鱼花生