门式起重机钢结构疲劳寿命可靠性评估系统研究

发布时间：2017-05-14 00:08

  本文关键词：门式起重机钢结构疲劳寿命可靠性评估系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：门式起重机服役过程中频繁起升重物、带载运行的自身特点，在服役过程中其钢结构所受的是反复的交变载荷作用，因此，疲劳脆性断裂是威胁结构自身安全的主要因素。本论文研究目的为构建门式起重机钢结构疲劳寿命可靠性评估系统，该系统包含应力监测、数值模拟、应力谱编制及实时分析等系统模块。本论文主要研究包含以下内容： 首先，通过ANSYS软件对门式起重机钢结构进行结构实体的参数化建模，针对不同尺寸的门式起重机只需输入具体参数即可。通过该软件对该结构进行静态、瞬态及模态分析，确定门式起重机钢结构的薄弱部位，为其传感器的布置提供依据，并计算得出结构的零点状态时结构各部位的初始应力。 其次，采用耐久性高、抗干扰性能强的光栅光纤传感器作为健康监测传感源头，创建一套适合于门式起重机结构的监测系统，实时监测该结构在不同服役工况下，各测点的应力时间历程数据。 再次，结合门式起重机的自身服役特点，确定适合该结构的疲劳累计损伤理论，查找到适合于该结构的P-r-S-N曲线，对结构的薄弱部位进行疲劳寿命可靠性分析。 最后，对雨流计数法进行深入探究，将通过监测系统得到的应力时程数据进行雨流计数统计，统计出实测应力谱。本系统最终选取四峰谷雨流计数模型，并应用fortran语言进行编程处理，实现了实测应力谱的统计工作。 该系统的建立，可实时对门式起重机钢结构的危险截面进行寿命评估，，评估出不同置信水平条件下且具有不同可靠度的疲劳寿命，得出更具有说服力及实用价值的损伤评估预警系统，该方法可为门式起重机科学管理及对结构的检测、诊断、维修和报废等时间点的确定提供重要的指导性意见，并为同类特种设备钢结构的疲劳寿命可靠性实时预测提供一定的借鉴作用。
【关键词】：门式起重机钢结构 P-r-S-N曲线 应力谱 雨流计数法 累计损伤准则
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH213.5;TP274
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 结构健康监测系统14
• 1.2.2 疲劳损伤研究的历史回顾及研究现状分析14-15
• 1.2.3 疲劳寿命评估研究现状15-16
• 1.2.4 起重机械钢结构疲劳寿命的研究现状16-18
• 1.3 起重机疲劳寿命评估的展望18
• 1.4 本文主要研究内容及技术路线18-20
• 第2章 门式起重机钢结构部分结构分析20-41
• 2.1 引言20
• 2.2 门式起重机概述20-21
• 2.2.1 门式起重机简介20-21
• 2.3 门式起重机钢结构的 ANSYS 分析21-39
• 2.3.1 有限元法基本思路21
• 2.3.2 有限单元法求解步骤21-23
• 2.3.3 ANSYS 软件23-24
• 2.3.4 有限元计算结构模型的建立24-26
• 2.3.5 网格的划分26-27
• 2.3.6 计算模型边界条件的施加27-28
• 2.3.7 计算载荷28-29
• 2.3.8 计算工况29-36
• 2.3.9 门式起重机钢结构模态分析36-39
• 2.3.10 危险监测点确定的影响因素及测点布置39
• 2.4 本章小结39-41
• 第3章 门式起重机钢结构疲劳寿命可靠性评估理论41-54
• 3.1 引言41
• 3.2 疲劳的基本概念41-42
• 3.2.1 疲劳破坏的定义及分类41-42
• 3.3 门式起重机结构疲劳寿命可靠性评估方法流程42-43
• 3.4 疲劳累计损伤理论43-46
• 3.4.1 线性疲劳累积损伤理论44-45
• 3.4.2 非线性疲劳累积损伤理论45-46
• 3.5 金属结构材料的疲劳性能46-53
• 3.5.1 金属结构材料的 S-N 曲线46-47
• 3.5.2 金属结构材料的 P-r-S-N 曲线47-48
• 3.5.3 金属结构材料的疲劳性能影响因素及其修正48-51
• 3.5.4 等寿命曲线51-53
• 3.5.5 循环应力幅低于疲劳极限段 P-S-N 曲线的修正53
• 3.6 本章小结53-54
• 第4章 基于光纤布拉格光栅的数据采集系统54-65
• 4.1 引言54
• 4.2 光纤 Bragg 光栅传感技术简介54-56
• 4.2.1 光纤布拉格光栅传感（FBG）技术概述54
• 4.2.2 光纤光栅传感技术的基本原理及系统组成54-56
• 4.3 基于 FBG 传感器的应力采集系统设计56-60
• 4.3.1 应变传感器的选择56-57
• 4.3.2 FBG 传感器采样频率的确定57-58
• 4.3.3 FBG 传感器布置与温度补偿58-59
• 4.3.4 光信号解调接收系统59-60
• 4.4 实验室现场数据采集60-64
• 4.4.1 测试工况60-61
• 4.4.2 测试结果61-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第5章 疲劳应力谱编制及寿命评估系统65-78
• 5.1 引言65
• 5.2 应力谱的相关参数65
• 5.3 应力时间历程数据的修正65-66
• 5.4 应力谱编制方法研究66-73
• 5.4.1 雨流计数法66-67
• 5.4.2 四峰谷雨流计数模型67-71
• 5.4.3 雨流计数法统计分析结果71-73
• 5.5 门式起重机钢结构疲劳寿命可靠性评估计算73-74
• 5.6 算例74-77
• 5.6.1 P-r-S-N 的获得74-75
• 5.6.2 疲劳寿命评估75-77
• 5.7 本章小结77-78
• 结论78-80
• 参考文献80-85
• 攻读硕士学位期间发表论文及取得科研成果85-86
• 致谢86

【参考文献】

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本文编号：363908