桥架类型起重机结构疲劳强度研究

摘要

全球经济一体化和我国对外贸易的持续增长，带动了我国物流运输行业的蓬勃发展，因而对作为物流设备的起重机械的性能要求也越来越高。由于起重机工作频繁，而且大多是随机载荷，焊接结构在低应力反复作用下，会产生疲劳现象，当疲劳破坏发生时，结构件会出现突然断裂，造成的损失巨大，甚至会造成人员伤亡事故。以往起重机的设计一般仅停留在静力分析上，缺乏动态分析和疲劳分析。因此，研究起重机的疲劳性能和估算疲劳寿命，是当前起重机行业和用户十分关注的问题。 疲劳分析方法随着计算机技术和有限元分析的发展得到广泛的应用。在产品设计阶段，设计人员借助于这种方法可以比较不同方案的疲劳寿命的长短，校核产品的疲劳寿命是否满足设计要求；在产品试验阶段，通过疲劳分析可以确定疲劳危险部位，减少不必要的开支。然而，疲劳分析依赖于试验，试验需要花费巨大的人力、物力和时间。由于结构疲劳的离散性比较大，加上对起重机金属结构这样的大型焊接结构进行疲劳试验难度很大，因此，对起重机金属结构的疲劳强度进行理论研究，减少疲劳分析对试验的依赖性是十分必要的。 本文详细阐述了焊接结构的疲劳性能和理论，并结合桥架类型的龙门起重机金属结构的特点，采用大型有限元分析软件MSC．patran＆MSC．nastran建立龙门起重机桥架结构的有限元模型；并根据结合桥架类型的龙门起重机静强度计算方法，对龙门起重机桥架结构进行静强度分析，为起重机桥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对龙门起重机桥架结构进行模态分析，并提取前几阶的固有频率和振型；结合疲劳分析的两种方法—应力比法和应力幅法，分别自编VB计算程序和疲劳分析软件MSC．fatigue对龙门起重机桥架结构进行了疲劳强度计算和疲劳寿命估算，对龙门起重机桥架结构的设计、使用和维护有一定的理论指导和实际应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2国内外相关的研究动态

1.2.1国外研究动态

1.2.2国内研究动态

1.3课题研究的内容

第2章焊接结构的疲劳性能

2.1疲劳概述

2.1.1疲劳的分类

2.1.2疲劳破坏的三阶段

2.2疲劳应力和疲劳极限

2.3影响焊接结构疲劳性能的因素

2.3.1应力集中

2.3.2尺寸效应

2.3.3平均应力

2.3.4残余应力

2.3.5腐蚀

2.4焊接接头的疲劳强度

2.4.1横向对接焊缝

2.4.2纵向对接焊缝

2.4.3角焊缝

2.5焊接结构的S-N曲线

2.5.1对称循环S-N曲线预测

2.5.2非对称循环S-N曲线预测

2.6本章小结

第3章疲劳载荷谱与累积损伤理论

3.1疲劳载荷谱

3.2雨流计数法

3.3线性累积损伤准则

3.4有限元分析软件

3.4.1 MSC.patran

3.4.2 MSC.nastran

3.4.3 MSC.fatigue

3.5本章小结

第4章龙门起重机结构静强度分析

4.1起重机结构承载能力的设计方法

4.2结构强度分析

4.2.1有限元模型建立

4.2.2静强度分析准则

4.2.3静强度计算结果

4.2.4静强度结果分析

4.3结构刚度分析

4.3.1静刚度设计准则

4.3.2静刚度计算结果

4.3.3静刚度结果分析

4.4本章小结

第5章龙门起重机模态分析

5.1模态分析理论

5.1.1概述

5.1.2模态坐标与模态参数

5.1.3基于MSC.nastran的模态分析

5.2龙门起重机模态分析

5.2.1龙门起重机桥架结构模态分析的目的

5.2.2基于MSC.nastran的龙门起重机模态分析

5.3本章小结

第6章龙门起重机结构疲劳分析

6.1抗疲劳设计方法在起重机械中的应用

6.1.1应力比法

6.1.2应力幅法

6.2基于应力比法的疲劳分析

6.2.1《起重机设计规范》疲劳设计方法

6.2.2基于VB的应力比法疲劳分析

6.3龙门起重机结构疲劳寿命估算

6.3.1载荷信息

6.3.2基于MSC.fatigue的疲劳寿命估算

6.4本章小结

第7章总结与展望

参考文献

致谢

在攻读硕士期间发表的论文与参与的科研项目