惯性释放在升降平台结构设计中的应用

闫昱全中国船舶重工集团公司第七一三研究所 郑州 450015
摘 要：基于惯性释放理论，对某型舰载升降机升降平台的强度和刚度进行有限元计算。与传统计算方法相比，惯性释放法能有效避免边界条件对结构力传递路径的影响，更加精确地反映结构的真实应力情况。根据钢丝绳升降平台的结构和载荷特点，结合有限元理论，对升降平台的刚度、强度进行分析计算。计算结果表明，采用惯性释放法对升降平台进行计算可以消除约束点反力造成的应力集中，使结构的变形状况更加直观、真实。对升降平台的结构设计与改进提供更加合理的分析与评估。
关键词：升降平台；惯性释放；有限元；结构设计
中图分类号：TH 248 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2020）14-0047-04
0 引言钢丝绳升降机的升降平台是货物提升时的承载结构，其强度和刚度是结构设计中需关注的重要因素，升降平台强度和刚度是否满足使用要求，直接影响升降机的运行安全和功能实现。因此，对升降平台的强度和刚度进行准确分析是结构设计过程中十分重要的环节。
对于结构的静力分析主要有近似等效约束和惯性释放两种方法。前者是根据实际边界条件人为设定一种等效约束条件，使结构满足静力分析要求，很多结构静力分析都可采用此方法解决，应用较广泛。然而，有些近似的等效约束并没有实际物理意义，约束带来的反作用力会改变结构真实的传力路径，引起应力集中、变形失真等问题，并且近似等效约束的施加往往依赖工作经验，不具有唯一性结果的要求。惯性释放法通过将结构恒定加（匀）速的状态视为一致稳定状态，将结构惯性力视为结构的外部载荷，与原有载荷达到平衡，以使结构达到静力分析的要求[1]。由于外载荷处于平衡状态，不会产生反作用，因此不会对结构的传力路径造成影响，计算结果可以真实反映结构的应力和应变。
惯性释放是有限元分析软件中的高级应用，在航空航天、船舶、车辆等领域[2] 有应用较多。张少雄等[3，4]介绍了惯性释放的功能和原理，并以潜艇和邮轮结构为例，说明惯性释放的应用，在船舶结构强度计算分析时，应用惯性释放功能是可行的，也是更合理地评估结构强度所必须的。韩凤霞[5] 通过惯性释放原理对汽车转向架的强度进行计算，消除了约束点的反力对变形和应力状态的影响，使分析结果的可靠性更高。陈召涛等[6]在解决静气动弹性仿真计算中，应用惯性释放方法解决存在刚体运动的飞行器系统配平以及约束施加问题，计算结果表明，该方法能够有效降低仿真建模的难度和工作量，仿真过程更精确。