门座起重机支撑圆筒的故障诊断及基于MSC.Fatigue的门架结构疲劳有限元分析

摘要

本文以马鞍山钢铁股份有限公司港务原料厂的两台港口门座起重机为研究对象，对其支撑圆筒上存在的表面裂纹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，给出了相应的整改方案。　　首先，本文论述了开展起重机金属结构研究的重要性，特别是对表面裂纹的研究。对本文研究的理论基础——断裂力学和主要使用的有限元软件MARC、PATRAN以及疲劳有限元分析软件MSC.Fatigue进行了简单介绍，继而提出了本课题的研究内容，并阐述了该研究的意义。　　其次，本文对该港口门座起重机的支撑圆筒和整个门架结构进行了有限元建模和计算，在建立模型的过程中，重点考虑了三维表面裂纹的建模问题，通过强度计算，得出下列结论：该门座起重机的支撑圆筒静强度满足要求，但是在裂纹处存在较大的应力集中，又由于该门机圆筒承受疲劳载荷，这就说明该起重机的金属结构可能会受到疲劳破坏的影响。因此，为了能清楚地对该表面裂纹进行诊断，本文应用了断裂力学中的理论进行了裂纹的分析研究，结果表明，这两台起重机支撑圆筒的表面裂纹在正常工作载荷下，均会继续扩展。因此，给出了整改方案，并对整改后的结构再次进行了有限元计算，理论计算和实践结果均表明此整改方案是成功的。　　本文在介绍了疲劳有限元技术的基础上，利用软件MSC.Fatigue对该门座起重机金属结构进行了指定载荷历程下的疲劳分析。通过分析，得出该门架结构整体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。　　最后，本文还对本课题的理论成果和实践意义进行了总结，提出了今后研究的方向。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1疲劳断裂概论

1.2开展港口门座起重机疲劳断裂研究的重要性

1.3课题研究的理论依据

1.3.1疲劳设计寿命

1.3.2疲劳设计方法

1.4表面裂纹断裂力学研究综述

1.4.1表面裂纹应力强度因子K的研究

1.4.2表面裂纹扩展规律

1.5有限元结构疲劳分析方法概况及其应用

1.5.1有限元法

1.5.2基于有限元的疲劳仿真

1.6本文的主要研究工作

第二章门架结构及三维裂纹有限元模型的建立和强度计算

2.1研究对象的结构特点及基本参数

2.1.1结构特点

2.1.2基本参数

2.2前后处理有限元软件Msc.Patran简介

2.3有限元计算模型的建立

2.3.1几何模型

2.3.2单元网格划分

2.3.3裂纹区域的模拟

2.3.4确定计算载荷

2.3.5门架的约束

2.4有限元模型的应力强度分析和求解

2.5本章小结

第三章表面裂纹疲劳分析及加固

3.1线弹性断裂力学

3.2线弹性力学的基本参数

3.2.1应力强度应子KI

3.2.2断裂韧度KIC

3.3门座起重机支撑圆筒表面裂纹评估

3.3.1断裂理论的选用

3.3.2表面裂纹扩展判定

3.4表面裂纹加固

第四章港口起重机门架结构各部位的疲劳安全性研究

4.1关于疲劳分析方法的一些认识

4.2 MSC.Fatigue疲劳有限元分析软件简介

4.3 MSC.Fatigue的主要分析功能

4.4 MSC.Fatigue疲劳分析过程

4.5 MSC.FATIGUE的优点

4.6基于疲劳有限元的起重机寿命分析

4.6.1问题描述

4.6.2分析模型

4.6.3查看分析结果

4.6.4分析总结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致 谢