基于有限元和断裂力学的桥式起重机结构疲劳寿命研究

发布时间：2020-06-07 12:20

【摘要】： 目前,在我国大中型冶金企业中,为了方便地进行物料的起重、搬运和装卸工作,采用了大量的起重机,其中包含众多桥式起重机。近年来,随着国民经济的高速发展,钢铁产量不断提高,起重机的工作也日趋繁重;随之,一些冶金企业的重大设备频频发生各种事故,这些事故中,最常见的也是最严重的是以裂纹为特征的起重机金属结构的疲劳破坏。所以,研究裂纹故障的发生原因及其扩展情况,是当前广大工程技术人员十分关注的问题。起重机金属结构的强度计算及疲劳分析是十分复杂的问题。本文提出了一种采用有限元疲劳分析软件MSC.FATIGUE来对桥式起重机进行疲劳寿命估算的方法。该方法可以对现行在役无缺陷和有缺陷的桥式起重机进行剩余寿命评估,确定裂纹产生的原因,估算剩余寿命,以便及时提出拯救措施,防止或减少灾难性结构破坏事故的发生。该方法考虑载荷连续变化的影响,实现了疲劳分析过程的自动化、集成化,减少数据的传递量和减少用户计算过程引起的错误。本文以武钢二硅钢厂75#(16t×19m)旋转吊钩桥式起重机为研究对象,对有较长裂纹侧即导电侧主梁进行了有限元和断裂力学方面的深入分析研究,进行了系统的安全性诊断评估。本文主要进行了以下研究工作: 首先,提出了对桥式起重机结构进行有限元建模的简化原则和具体处理方法,找出利用MSC.PATRAN高效建立有限元模型的方法与过程,对桥式起重机主梁进行了有限元建模,并用MSC.NASTRAN软件计算了各工况下结构的静应力值,验证其是否满足静强度和刚度要求,并为后面进行疲劳寿命估算提供几何条件。 然后,新建材料的性能数据库,采用厂方提供的现场数据编制适合该起重机的载荷谱块,结合静力分析结果,应用MSC.FATIGUE软件中的全寿命分析模块分析桥式起重机主梁的理想的设计寿命。通过分析,得出制造质量良好的主梁在近似实际情况下整体结构的疲劳寿命分布云图,直观显示出金属结构各个部分的疲劳寿命,使设计人员能全面了解主梁不同部位疲劳寿命的分布,为快速比较不同设计方案、疲劳性能的优劣或改进设计提供较直观、全面的依据。另外,由此疲劳寿命分析确定裂纹不是设计原因造成的,根据现场探伤情况和设计寿命情况确定裂纹主要由制造缺陷引发,由交变应力致使。 最后,修改主梁有限元模型,把原始制造缺陷加到模型上,再进行静力分析。用MSC.FATIGUE软件中的裂纹扩展模块对起重机主梁进行疲劳寿命分析,分析主梁剩余寿命,发现该起重机不及时维修会造成很大的危险,并及时提出合理的修复处理方案。理论分析与实际情况比较发现吻合的较好,从而证明该方法的可行性,该方法为桥式起重机的安全运行提供了较可靠的理论依据。
【图文】：

箱形桥架结构图

箱形主梁内部结构图
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TH215

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 贾万鹏;汤劲松;;铁路货车钩尾框裂纹产生原因及改进措施[J];铁道机车车辆;2011年04期

2 张斌;魏胜君;;汽车铝合金轮毂抗疲劳设计研究[J];汽车零部件;2009年08期

3 赵振华;陈伟;吴铁鹰;;高低周复合载荷下的钛合金疲劳寿命估算[J];机械强度;2011年04期

4 赵造东;张立翔;李泽;;基于抗压强度推测的水工混凝土疲劳残余应变研究[J];力学与实践;2011年04期

5 曹文钢;邓磊;李丽;刘振;;基于HyperWorks的某桥壳有限元分析及拓扑优化技术[J];汽车零部件;2009年10期

6 沈荣胜;王胜春;张青;;塔式起重机起升动载激励下的瞬态响应分析[J];建筑机械化;2011年08期

7 孙彦锋;;基于ANSYS龙门起重机结构系统的模态分析[J];机电技术;2011年03期

8 Dura Hari Bahadur;吴铁鹰;吴志功;;实心/空心杆结构的损伤容限与疲劳寿命估算(英文)[J];Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics;2011年02期

9 吴焕;高建和;魏春良;车永哲;刘永智;;基于有限元的桥式起重机静动态性能校核[J];机械工程师;2011年08期

10 黄凯;张一辉;郑建荣;;门式起重机在特殊危险工况下的安全性能分析和评价[J];计算机辅助工程;2011年02期

相关会议论文 前10条

1 吕文阁;;基于疲劳短裂纹行为的疲劳寿命估算[A];疲劳与断裂2000——第十届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2000年

2 李玉春;姚卫星;;复杂载荷下的应力场强法疲劳寿命估算[A];疲劳与断裂2000——第十届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2000年

3 顾迪民;;桥、门式起重机的刚性[A];自主创新 实现物流工程的持续与科学发展——第八届物流工程学术年会论文集[C];2008年

4 雷宏刚;毕朝锐;刘丽君;闫亚杰;李宇;;M20高强螺栓变幅疲劳试验研究及疲劳寿命估算[A];钢结构工程研究（四）——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会2002年学术交流会论文集[C];2002年

5 顾迪民;;从无到有,稳步前进[A];物流工程三十年技术创新发展之道[C];2010年

6 赵丽滨;董沛;张建宇;;某连接结构固定销的疲劳寿命估算[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年

7 雷宏刚;董超;尹德钰;;螺栓球节点网架疲劳载荷谱的理论研究[A];第十届空间结构学术会议论文集[C];2002年

8 宁晋建;;结构件疲劳损伤容限全寿命计算方法研究[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年

9 邱悦;曲先强;任慧龙;高明;;双体船的多轴疲劳分析[A];2009年船舶结构力学学术会议暨中国船舶学术界进入ISSC30周年纪念会论文集[C];2009年

10 刘混举;;矿山机械结构件的疲劳分析与寿命预测[A];第十四届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2008年

相关重要报纸文章 前1条

1 本报记者 冯济武　通讯员 李箐箐;全球最大履带起重机在中联重科下线[N];中国工业报;2011年

相关博士学位论文 前5条

1 王明珠;结构振动疲劳寿命分析方法研究[D];南京航空航天大学;2009年

2 张志林;飞机座舱透明件设计理论及应用[D];南京航空航天大学;2005年

3 杨宇军;空间计算机结构的动力学仿真与适应性设计研究[D];西安电子科技大学;2009年

4 肖建清;循环荷载作用下岩石疲劳特性的理论与实验研究[D];中南大学;2009年

5 杨咏漪;大跨度桥梁风致抖振疲劳研究[D];西南交通大学;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 王雪颖;基于断裂力学理论的焊接球节点网架结构疲劳寿命估算[D];太原理工大学;2010年

2 权秀敏;基于有限元和断裂力学的桥式起重机结构疲劳寿命研究[D];武汉科技大学;2006年

3 廉政;典型结构件的振动疲劳分析[D];南京航空航天大学;2010年

4 王广超;起重机主动防摇控制策略研究[D];西南交通大学;2012年

5 张一卓;桥梁伸缩装置疲劳破坏分析及寿命估算[D];长安大学;2005年

6 张承东;风力机叶片的动力学特性分析及分形特征研究[D];天津工业大学;2007年

7 李鹏;300吨固定式全回转起重机的结构强度与模态分析[D];吉林大学;2008年

8 何莹;30t轴重货车转向架侧架疲劳寿命及断裂安全性评价[D];北京交通大学;2009年

9 刘晓娟;基于累积损伤理论的焊接球节点网架结构疲劳寿命估算[D];太原理工大学;2010年

10 单海云;起重机结构安全性评价系统及基于有限元法的可靠性研究[D];武汉理工大学;2004年

，

本文编号：2701408