起重机箱形主梁疲劳寿命研究

论文摘要

起重机作为一种代替人力劳动用于物料搬运的工程机械产品,随着我国经济建设的发展,对其需求量越来越大,对其性能的要求也越来越高。箱形主梁作为起重机重要承载构件之一,直接影响起重机的作业能力,而疲劳破坏又是起重机箱形主梁常见的破坏形式。因此,研究起重机箱形主梁的疲劳寿命就显得尤为重要,这样能对起重机箱形主梁结构抗疲劳性能的提高做好充足的理论准备。本文结合相关文献的理论研究成果、应用ANSYS有限元分析软件以及nSoft疲劳仿真软件,通过对起重机箱形主梁疲劳寿命的研究,完成以下内容：1.对有限元分析理论在起重机金属结构分析方面的应用进行总结,并归结出约束方式对有限元分析结果的影响,分别采用壳单元和实体单元两种单元对箱形主梁结构进行建模,对计算结果进行对比分析,得到了网格划分对计算结果所造成的影响。2.利用有限元分析软件ANSYS建立箱形主梁结构的有限元模型,进行模型的静态应力分析,采用瞬态动力学分析方法得到结构的应力时间历程,结合Matlab产生的随机起重量产生典型循环载荷块,最后将有限元分析结果文件导入nSoft软件当中,与材料的S-N曲线和Miner线性累计损伤准则相结合,采用软件当中的Fe-Fatigue模块对箱形主梁结构的疲劳寿命进行计算,得到箱形主梁结构的疲劳寿命,并进一步研究了箱形主梁隔板与下翼缘板之间的间隙对结构疲劳寿命的影响。同时进行了疲劳试验的部分工作。3.结合某集装箱门式起重机箱形主梁出现疲劳裂纹的案例,对该集装箱门式起重机进行实地调研,测量出疲劳裂纹的数量和分布情况,运用本文理论计算方法分别按照原始设计数据和小车轨道存在偏心距、同时上翼缘板板厚变薄两种情况分别计算其箱形主梁疲劳寿命。最后提出具体的修复措施。本文成功的将统计理论、有限元分析以及疲劳寿命计算方法等内容有机的结合起来用于估算结构的疲劳寿命,研究成果为起重机箱形主梁结构的疲劳寿命预估提供了理论支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 国内外箱形主梁疲劳研究现状综述
• 1.3 疲劳载荷的类型与基本术语
• 1.4 构件随机疲劳寿命估算方法
• 1.4.1 名义应力有限寿命设计法
• 1.4.2 局部应力-应变法
• 1.4.3 损伤容限设计
• 1.4.4 结构疲劳可靠性设计
• 1.5 本论文研究内容
• 第2章 有限元法与nSoft疲劳分析软件
• 2.1 有限元法
• 2.1.1 有限元法的形成
• 2.1.2 有限元法的分析过程
• 2.1.3 有限元法的软件实现
• 2.2 nSoft有限元疲劳分析软件
• 2.3 疲劳寿命分析的一般步骤
• 2.4 本章小结
• 第3章 起重机箱形主梁建模及应力分析
• 3.1 静力学分析的理论基础
• 3.2 箱形主梁结构及载荷简化
• 3.2.1 箱形主梁结构及载荷简化原则
• 3.2.2 箱形主梁结构及载荷简化处理
• 3.3 箱形主梁结构有限元模型
• 3.3.1 单元选择
• 3.3.2 有限元计算结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 箱形主梁疲劳载荷时间历程
• 4.1 冲击载荷时间历程
• 4.1.1 动力学分析
• 4.1.2 瞬态动力学分析方法
• 4.1.3 瞬态动力学分析关键问题
• 4.1.4 冲击载荷时间历程
• 4.2 小车运行载荷时间历程
• 4.3 随机起重量的产生
• 4.4 本章小结
• 第5章 箱形主梁结构疲劳寿命预测
• 5.1 箱形主梁材料特性
• 5.2 箱形主梁结构疲劳寿命分析结果
• 5.2.1 nSoft当中箱形主梁结构疲劳寿命计算结果
• 5.2.2 箱形主梁结构疲劳寿命分布云图
• 5.3 箱形主梁结构疲劳寿命计算结果分析
• 5.4 疲劳试验
• 5.5 本章小结
• 第6章 集装箱门机箱形主梁疲劳寿命分析实例
• 6.1 疲劳裂纹情况简介
• 6.2 裂纹成因分析
• 6.2.1 纵向裂纹的成因分析
• 6.2.2 小车轮压作用下腹板局部应力
• 6.2.3 载荷特征及裂纹萌生
• 6.2.4 裂纹的损伤聚合扩展
• 6.3 横向裂纹的成因分析
• 6.4 结构疲劳寿命预测
• 6.5 修复措施
• 6.6 本章小结
• 结论
• 全文总结
• 今后研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文