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1 概况
随着施工技术的发展，对塔机的性能要求也越来越高，这就要求在产品的设计阶段就能精确地预测出产品的技术性能、强度、寿命等，并需要对结构的静、动强度等技术参数进行分析计算，有限元分析法为解决这些问题提供了有效手段。它可以确定结构上因外载引起的应力和应变，可以用于静强度校核、耐久性分析、关键部位的确定、材料选择等。金属结构是塔机主要骨架，其结构强度、刚度和稳定性决定着塔机的整体可靠性。因此对其进行静态和动态分析是塔机设计中一项极其重要的工作。
目前有限元技术已成为塔机借光分析中最为有效的数学方法，现在应用的有限元软件主要有SAP84、ANSYS、ADINA、MSC、紫瑞等，其中以ANSYS软件在塔机设计中应用最为方便。应用有限元软件ANSYS对塔机进行有限元分析，要进行下列步骤。
2 应用情况
根据塔机设计规范的规定，塔机必须工作在材料弹性变形范围内，所以只讨论常温静态线性分析。在ANSYS中，塔机计算主要使用梁单元、杆单元和壳单元来构建有限元模型，此前要对塔机实体模型进行必要的简化。由于塔机是空间实体，所以要选用三维有限元单元来建模。ANSYS软件提供的弹性三维梁单元有BEAM4、BEAM44、BEAM188和BEAM189。
在塔机计算中我们常采用BEAM44、BEAM188或者BEAM189单元来建立有限元模型，这三种单元各具特点，可以满足不同的分析要求。
根据它们不同特点在模型中模拟不同的部件：塔身采用BEAM44单元建模，整个塔身从底到顶分为两段，截面参数依次取基础节截面参数和标准节参数；起重臂采用BEAM188建模，而平衡臂和撑杆使用BEAM189建模。拉杆和回转螺栓使用三维杆单元LINK8建模；回转平台使用三维壳单元SHELL41建模；回转支撑使用三维实体单元SOLID 185建模。塔机结构中有许多较短的杆件。如塔身接头、起重臂接头等杆件都属于深梁，如果用普通梁单元来建模会造成较大的误差，所以应采用BEAM189单元来建模。
用有限元法对塔机的顶升结构进行分析塔式起重机的顶升结构由塔身、顶升套架和顶升液压缸3部分组成，其主要功能是实现自升式塔机的自身架设，对其进行有限元分析的目的是求解顶升过程中某个状态下顶升结构整体的应力和变形。但有些情况，如塔机的桁架结构是采用各种型钢焊接而成，各个杆件的形心线相互交错并不相交将会导致一定的误差。采用有限元中单元技术和梁截面偏心技术，很好地解决了如上问题，并提高了有限元分析的精度和效率。有限元中的界面单元是用来仿真不同的两个部件之间相互关系的单元，例如接触单元和非线性杆单元等。ANSYS中的LINK10单元就是一种非线性杆单元，这种单元有两种状态：只承受压力或只承受拉力，只承受压力的杆单元可以仿真简单的接触问题，只承受拉力的杆单元可以仿真索结构。它是一种非线性单元，在求解时，求解器首先判断杆单元的状态，根据状态判断杆单元对总刚度阵是否有贡献，经过几次迭代就可以收敛到最终结果。
在以往的梁单元前处理中，梁单元的形心线必须通过节点。为了前处理方便，只能将所有的梁单元的形心定义在两个节点的连线上。梁截面偏心技术是一种有限元的前处理技术，节点的布置方法与传统的前处理方法相同，但在定义截面时给出偏心距离，采用新的刚度阵将偏心问题考虑进去，与普通的梁单元刚度阵不同。偏心只在截面上发生，即Y、Z轴向的偏心不会影响单元的方向，即X轴的方向。平衡臂结构由臂架、平台和栏杆等部件组成。建立平衡臂结构分析有限元模型来计算其各个单元内力，然后根据分析结果对各单元进行应力分析，最后对应力分布规律进行讨论。
3 未来展望
随着计算机技术的飞速发展和有限元技术日臻完善，有限元法必将成为塔设计的主要手段。当然由于有限元软件自身的一些假设适用性限制和具体操作时一些不当设置的影响，有限元模拟结果可能偏离实际情况，因此在使用有限元进行结构分析时，需要不断的探索、实践、重复计算以实际情况来检验计算结果，并及时总结经验，在实践中提高使用技能，在设计中逐步运用好有限元技术使产品结构更优、可靠性更高、用料更合理。
参考文献：
[1]中国工程建设标准化协会GB50235-2010工业金属管道工程施工规范
[2]中国国家标准化管理委员会GB/T20801.1-2006压力管道规范工业管道
随着施工技术的发展，对塔机的性能要求也越来越高，这就要求在产品的设计阶段就能精确地预测出产品的技术性能、强度、寿命等，并需要对结构的静、动强度等技术参数进行分析计算，有限元分析法为解决这些问题提供了有效手段。它可以确定结构上因外载引起的应力和应变，可以用于静强度校核、耐久性分析、关键部位的确定、材料选择等。金属结构是塔机主要骨架，其结构强度、刚度和稳定性决定着塔机的整体可靠性。因此对其进行静态和动态分析是塔机设计中一项极其重要的工作。
目前有限元技术已成为塔机借光分析中最为有效的数学方法，现在应用的有限元软件主要有SAP84、ANSYS、ADINA、MSC、紫瑞等，其中以ANSYS软件在塔机设计中应用最为方便。应用有限元软件ANSYS对塔机进行有限元分析，要进行下列步骤。
2 应用情况
根据塔机设计规范的规定，塔机必须工作在材料弹性变形范围内，所以只讨论常温静态线性分析。在ANSYS中，塔机计算主要使用梁单元、杆单元和壳单元来构建有限元模型，此前要对塔机实体模型进行必要的简化。由于塔机是空间实体，所以要选用三维有限元单元来建模。ANSYS软件提供的弹性三维梁单元有BEAM4、BEAM44、BEAM188和BEAM189。
在塔机计算中我们常采用BEAM44、BEAM188或者BEAM189单元来建立有限元模型，这三种单元各具特点，可以满足不同的分析要求。
根据它们不同特点在模型中模拟不同的部件：塔身采用BEAM44单元建模，整个塔身从底到顶分为两段，截面参数依次取基础节截面参数和标准节参数；起重臂采用BEAM188建模，而平衡臂和撑杆使用BEAM189建模。拉杆和回转螺栓使用三维杆单元LINK8建模；回转平台使用三维壳单元SHELL41建模；回转支撑使用三维实体单元SOLID 185建模。塔机结构中有许多较短的杆件。如塔身接头、起重臂接头等杆件都属于深梁，如果用普通梁单元来建模会造成较大的误差，所以应采用BEAM189单元来建模。
用有限元法对塔机的顶升结构进行分析塔式起重机的顶升结构由塔身、顶升套架和顶升液压缸3部分组成，其主要功能是实现自升式塔机的自身架设，对其进行有限元分析的目的是求解顶升过程中某个状态下顶升结构整体的应力和变形。但有些情况，如塔机的桁架结构是采用各种型钢焊接而成，各个杆件的形心线相互交错并不相交将会导致一定的误差。采用有限元中单元技术和梁截面偏心技术，很好地解决了如上问题，并提高了有限元分析的精度和效率。有限元中的界面单元是用来仿真不同的两个部件之间相互关系的单元，例如接触单元和非线性杆单元等。ANSYS中的LINK10单元就是一种非线性杆单元，这种单元有两种状态：只承受压力或只承受拉力，只承受压力的杆单元可以仿真简单的接触问题，只承受拉力的杆单元可以仿真索结构。它是一种非线性单元，在求解时，求解器首先判断杆单元的状态，根据状态判断杆单元对总刚度阵是否有贡献，经过几次迭代就可以收敛到最终结果。
在以往的梁单元前处理中，梁单元的形心线必须通过节点。为了前处理方便，只能将所有的梁单元的形心定义在两个节点的连线上。梁截面偏心技术是一种有限元的前处理技术，节点的布置方法与传统的前处理方法相同，但在定义截面时给出偏心距离，采用新的刚度阵将偏心问题考虑进去，与普通的梁单元刚度阵不同。偏心只在截面上发生，即Y、Z轴向的偏心不会影响单元的方向，即X轴的方向。平衡臂结构由臂架、平台和栏杆等部件组成。建立平衡臂结构分析有限元模型来计算其各个单元内力，然后根据分析结果对各单元进行应力分析，最后对应力分布规律进行讨论。
3 未来展望
随着计算机技术的飞速发展和有限元技术日臻完善，有限元法必将成为塔设计的主要手段。当然由于有限元软件自身的一些假设适用性限制和具体操作时一些不当设置的影响，有限元模拟结果可能偏离实际情况，因此在使用有限元进行结构分析时，需要不断的探索、实践、重复计算以实际情况来检验计算结果，并及时总结经验，在实践中提高使用技能，在设计中逐步运用好有限元技术使产品结构更优、可靠性更高、用料更合理。
参考文献：
[1]中国工程建设标准化协会GB50235-2010工业金属管道工程施工规范
[2]中国国家标准化管理委员会GB/T20801.1-2006压力管道规范工业管道