服役起重机箱梁结构可靠性分析与安全性能评估
发布时间：2017-05-13 17:00
本文关键词：服役起重机箱梁结构可靠性分析与安全性能评估，，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：随着我国经济的快速发展,起重机作为物料的搬运和装卸的机械产品,其需求量日益增加,然而断裂事故却在大型机械设备中频繁发生,含裂纹的起重机箱梁结构的疲劳破坏在这些事故中是最具代表性的。 本文以起重机箱梁结构为研究对象,对比分析壳单元与体单元分别对箱梁结构建模的结果,建立三维裂纹的有限元模型,讨论三维裂纹应力强度因子与裂纹长度的关系,结合现代疲劳理论,使用MSC.FATIGUE计算机软件预测箱梁结构在近似实际工作条件下的疲劳寿命。运用蒙特卡洛法,以动态分析模式计算箱梁结构剩余可靠性指标。论文的主要内容包括： (1)通过MATLAB的抽样程序产生随机起重量结合在ANSYS软件中对箱梁结构进行的瞬态响应分析得到冲击载荷时间历程及小车运行过程的载荷时间历程,将三种载荷生成载荷循环块。 (2)对比分析使用壳单元和体单元建立箱梁结构有限元模型的结果,用有限元软件ANSYS对含三维裂纹的断裂模型进行模拟,通过节点耦合的方法使壳单元与体单元有效地连接,保证了计算结果的精度,并得到应力强度因子随裂纹长度的变化趋势及结构的剩余强度值与裂纹长度的关系。 (3)为了使计算结果更为准确,需考虑低于疲劳极限的情况下应力循环对结构疲劳寿命所造成的影响,本文所采用的方法是修订材料的S-N曲线并与导入的ANSYS结果文件相结合,使用MSC.FATIGUE预测箱梁结构的疲劳寿命。 (4)将载荷与疲劳强度都视为随机过程,并考虑疲劳破坏中各影响因素,提出以动态分析模式来计算起重机箱梁结构的疲劳可靠性。以某铁路局集装箱货场使用的36TU型集装箱门式起重机作为研究对象,运用蒙特卡洛法,计算了箱梁结构的剩余可靠性指标。
【关键词】：起重机箱梁结构 有限元法 三维裂纹 疲劳寿命 可靠性
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH21
【目录】：
- 摘要6-7
- Abstract7-11
- 第一章 绪论11-17
- 1.1 课题研究的意义11
- 1.2 国内外箱梁结构疲劳的研究现状11-12
- 1.3 机械结构可靠性理论及发展状况12-15
- 1.3.1 可靠性的基本概念12
- 1.3.2 可靠性的特征量12-14
- 1.3.3 服役结构可靠性理论研究状况14-15
- 1.4 论文研究目标与研究内容15-17
- 第二章 疲劳载荷时间历程17-25
- 2.1 疲劳载荷历程统计分析方法17-18
- 2.1.1 疲劳载荷历程及其统计特性17
- 2.1.2 载荷的循环计数统计方法17-18
- 2.1.3 载荷的雨流计数法18
- 2.2 起重机疲劳载荷时间历程18-23
- 2.2.1 冲击载荷时间历程18-22
- 2.2.2 小车运行载荷时间历程22-23
- 2.3 随机起重量的产生23-24
- 2.4 本章小结24-25
- 第三章 箱梁结构三维裂纹应力强度因子的有限元模拟25-37
- 3.1 起重机箱梁结构疲劳破坏特征分析25-26
- 3.1.1 分析裂纹形成的原因25
- 3.1.2 确定疲劳裂纹的位置25-26
- 3.2 箱梁结构有限元模型26-30
- 3.2.1 单元类型的选择26-28
- 3.2.2 有限元模型与计算结果分析28-30
- 3.3 裂纹区域的有限元模拟30-34
- 3.3.1 裂纹单元类型30-32
- 3.3.2 体单元与壳单元的节点耦合32-33
- 3.3.3 应力强度因子的计算33-34
- 3.4 算例34-36
- 3.5 本章小结36-37
- 第四章 箱梁结构疲劳寿命预测37-50
- 4.1 影响结构疲劳寿命的要素37-40
- 4.1.1 应力集中的影响37-38
- 4.1.2 尺寸的影响38-39
- 4.1.3 表面状态的影响39
- 4.1.4 载荷的影响39-40
- 4.2 确定疲劳寿命的方法40-41
- 4.3 疲劳分析软件MSC.FATIGUE41-42
- 4.3.1 MSC.FATIGUE主要特点41
- 4.3.2 MSC.FATIGUE软件的主要功能及模块41-42
- 4.4 基于MSC.FATIGUE的箱梁结构疲劳寿命预测42-49
- 4.4.1 材料的疲劳属性42-44
- 4.4.2 载荷信息44-45
- 4.4.3 箱形主梁结构疲劳寿命分析结果45-49
- 4.5 本章小结49-50
- 第五章 箱梁结构疲劳可靠性分析50-62
- 5.1 结构可靠性理论50-53
- 5.1.1 极限状态及其描述50
- 5.1.2 应力-强度干涉模型50-52
- 5.1.3 可靠度指标52-53
- 5.2 可靠度的计算方法53-54
- 5.2.1 蒙特卡洛法53
- 5.2.2 响应面法53-54
- 5.2.3 一次二阶矩法54
- 5.3 箱梁结构可靠性分析54-58
- 5.3.1 剩余强度模型55-56
- 5.3.2 裂纹扩展寿命模型56-58
- 5.4 算例58-61
- 5.5 本章小结61-62
- 结论与展望62-64
- 结论62
- 展望62-64
- 致谢64-65
- 参考文献65-67
- 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果67
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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本文编号：363077
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