基于有限元及斷裂力學(xué)的起重機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞研究.pdf

1、起重機(jī)作為國(guó)家規(guī)定的特種設(shè)備之一，其安全使用歷來(lái)受到高度的重視。但由于各方面的原因，其事故頻發(fā)的現(xiàn)象仍然存在。這些事故中，最常見(jiàn)的也是最嚴(yán)重的是以裂紋為特征的起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)故障。實(shí)踐證明，起重機(jī)的結(jié)構(gòu)破壞一般起源于危險(xiǎn)截面局部焊縫缺陷的疲勞擴(kuò)展，因此，對(duì)裂紋故障的發(fā)生原因及其擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行研究，對(duì)于預(yù)防疲勞斷裂事故的發(fā)生，指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和管理都具有重要意義。起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算及疲勞分析是十分復(fù)雜的問(wèn)題，在目前已有的各種分

2、析方法中，基于有限元和斷裂力學(xué)理論的方法迄今被認(rèn)為較為合理和有效。本文以馬鋼第二鋼軋總廠E3＃75/20t×16m橋式起重機(jī)為研究對(duì)象，分析其端梁腹板拐角處裂紋的成因及擴(kuò)展規(guī)律。 本文利用大型有限元軟件ANSYS對(duì)起重機(jī)進(jìn)行了有限元建模和靜力學(xué)分析，并結(jié)合有限元疲勞分析軟件MSC.FATIGUE和斷裂力學(xué)理論對(duì)該起重機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能評(píng)估和橋架剩余壽命的估算，另外，對(duì)故障部位裂紋擴(kuò)展情況也進(jìn)行了描述。 本文首先對(duì)該起重機(jī)橋架

3、結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模，模擬實(shí)際情況，通過(guò)四種工況對(duì)橋架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元靜力學(xué)分析，從而對(duì)該類(lèi)橋架結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能作出詳細(xì)分析，找出結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，并提出可行的改進(jìn)意見(jiàn)。 然后運(yùn)用MSC.FATIGUE軟件中的全壽命分析模塊分析該起重機(jī)橋架的理想的設(shè)計(jì)壽命。通過(guò)分析，得出無(wú)制造缺陷的橋架結(jié)構(gòu)在近似實(shí)際情況下的疲勞壽命分布云圖，直觀顯示出金屬結(jié)構(gòu)各個(gè)部分的疲勞壽命，使設(shè)計(jì)人員能全面了解橋架不同部位疲勞壽命的分布，為快速比較不同設(shè)計(jì)方案、疲

4、勞性能的優(yōu)劣或改進(jìn)設(shè)計(jì)提供較直觀、全面的依據(jù)。 最后，本文采用線(xiàn)彈性斷裂力學(xué)方法，對(duì)該起重機(jī)端梁故障部位的疲勞擴(kuò)展壽命進(jìn)行了估算，計(jì)算并繪制出端梁腹板裂紋的擴(kuò)展與該起重機(jī)循環(huán)周期的曲線(xiàn)圖，解釋了該類(lèi)型起重機(jī)端梁腹板初始缺陷的存在，得到裂紋擴(kuò)展的規(guī)律。 通過(guò)與實(shí)際情況的比較，發(fā)現(xiàn)對(duì)該起重機(jī)橋架力學(xué)性能分析的結(jié)果是可信的，也說(shuō)明本文的方法具有重要的工程實(shí)用意義。本文提出了修復(fù)處理意見(jiàn)及設(shè)計(jì)修改意見(jiàn)，并分別再次進(jìn)行了計(jì)算，證明