起升载荷下门式起重机主梁损伤与寿命研究

摘要

起重机械对国民经济建设发挥着积极的促进作用，在工作过程中，各机构频繁的完成起动、制动操作，受到正、反向力的交替作用，存在着强烈的振动与冲击，由于经常处于不稳定变幅应力的作用之下，各结构（机构）将产生不同程度的损伤，这直接影响门式起重机的整机性能。主梁作为起重机的关键部件，其损伤情况和寿命在很大程度上决定了起重机的使用寿命。随着我国起重设备制造技术的不断进步与发展，起重机的起重能力、运输距离越来越大，对主梁的安全性要求也越来越高。本学位论文以起升载荷作用下主梁的冲击损伤以及主梁的疲劳寿命为研究对象开展研究，目的在于提高门式起重机主梁的综合性能，为主梁的结构设计提供手段，为门式起重机的安全运行和经济效益的提高提供了一定的理论依据，具有广泛的工程应用背景和一定的学术研究价值。
　　本论文建立了门式起重机主梁结构有限元模型，对其进行了适当简化。采用有限元软件ANSYS Workbench和疲劳分析软件nsoft对主梁的动静态力学特性和疲劳损伤进行了分析。仿真结果表明:主梁受力较大的位置主要集中在主梁的腹板、上下盖板与腹板的焊接部位、横隔板与腹板连接部位以及主梁与支腿连接部位，易产生疲劳损伤;有预应力的模态振频较无预应力模态振频略小，压应力使结构的刚性减少，频率降低;质量的减少会使频率升高;起升时间控制在1-1.5s较为合适，这样既可以保证起重机工作效率，又不会对金属结构和传动部件施加很大的动载荷，从而降低起、制动过程中金属结构的损伤;疲劳损伤是由某几个幅值非常大的循环载荷产生的，40t以上起重量是造成主梁损伤主要载荷;冲击载荷作用下保守估计主梁在不修复的情况下可使用24.7年;过载、残余应力、表面粗糙度和缺口效应均对主梁的使用寿命具有明显的影响。应用以Paris公式和Miner线性损伤理论为基础的疲劳寿命计算数学模型，通过编写MATLAB程序计算门式起重机主梁结构疲劳寿命为24.59年。该寿命计算值与冲击损伤结果较为接近，说明冲击损伤研究具有一定的合理性和科学性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题的背景和意义

1．2 事故实例及存在问题

1．3 国内外研究情况

1．4 本文的主要内容

1．5 本文技术路线

1．6 本章小结

2 50t-18m门式起重机箱型主梁建模与静态分析

2．1 箱型主梁建模

2．2 载荷与约束条件

2．2．1 载荷组合

2．2．2 载荷类型

2．2．3 计算载荷

2．2．4 约束条件

2．3 有限元分计算结果及分析

2．3．1 有限元计算结果

2．3．2 结果分析

2．4 本章小结

3 不同载荷下门架振型响应分析

3．1 模态分析过程

3．2 模态分析

3．2．1 模态分析

3．2．2 预应力模态分析

3．2．3 预应力对模态的影响

3．3 本章小结

4 箱型主梁的动力学特性

4．1 起升机构工作过程分析

4．1．1 起升机构工作过程

4．1．2 系统振动分析

4．2 满载起升时的力学特性

4．2．1 瞬态动力分析过程

4．2．2 振动响应曲线

4．3 结果分析

4．4 本章小结

5 起升载荷冲击损伤研究

5．1 ncode简介与冲击损伤分析流程

5．1．1 ncode简介

5．1．2 冲击损伤分析流程

5．2 起升载荷冲击损伤

5．2．1 不同载荷下的瞬态响应

5．2．2 载荷的雨流计数与叠加

5．2．3 冲击损伤计算

5．3 冲击损伤敏感性分析

5．3．1 过载敏感性分析

5．3．2 残余应力敏感性分析

5．3．3 表面粗糙度敏感性分析

5．3．4 缺口对疲劳损伤的影响

5．4 本章小结

6 随机载荷下主梁结构疲劳寿命计算

6．1 疲劳分析理论

6．2 金属结构裂纹扩展寿命数学模型

6．2．1 数学模型

6．2．2 模型参数的选取

6．3 主梁结构疲劳寿命计算

6．4 本章小结

7 结论

主要研究成果

进一步研究建议

参考文献

作者简历

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