基于MSC.Fatigue的轮胎式集装箱门式起重机结构疲劳寿命研究

摘要

轮胎式集装箱门式起重机是港口码头常用的装卸机械，它不仅具有良好的机动性，还可以对多种货物比如散货和集装箱等进行装卸，轮胎式集装箱门式起重机工作速度高，工况繁重且复杂，受循环往复的交变载荷，因而金属结构件容易产生疲劳开裂。
　　 目前在轮胎式集装箱门式起重机结构的设计中存在一些问题：长期以来国内外大型结构的设计大多还停留在静力分析和简化分析阶段，一般结构设计人员按照常规的设计步骤，根据经验取一系列较大的系数进行强度、刚度和稳定性等方面的计算和核算，以保证设计的可靠性和安全性。因此设计过程周期较长，设计的精确度不高。起重机在使用阶段，开焊、开裂甚至断裂现象时有发生，起重机的使用寿命很大程度上取决于金属结构的使用寿命。对起重机金属结构进行疲劳强度及疲劳寿命评估就显得十分迫切。因此加强轮胎式集装箱门式起重机疲劳问题的研究，普及抗疲劳设计的方法有着十分重要的意义。
　　 本文首先介绍了疲劳的一些基本概念、疲劳累积损伤理论以及本文所用到的疲劳分析软件；本文以50t-26.5m轮胎式集装箱门式起重机为例，采用ANSYS有限元分析软件建立轮胎式集装箱门式起重机门架结构的有限元模型；合理分析了载荷情况和加载方式，并对模型局部不断调整，然后对其进行静力分析，验算相关的静强度刚度，为起重机门架结构的疲劳强度分析提供数据；从动力学理论出发，利用有限元分析软件ANSYS对轮胎式集装箱门式起重机门架结构进行模态分析，计算得到前八阶固有频率及主要振型；通过对该起重机典型工况的分析得到相关的应力谱，再结合材料的S-N曲线，利用MSC.Fatigue软件对门架结构进行了疲劳寿命估算，得出整机的疲劳寿命云图，对轮胎式集装箱门式起重机门架结构的设计、使用和维护具有一定的理论指导和实际应用价值。