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《武汉理工大学》 2008年
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港口起重机金属结构安全性评价方法研究

黄海  
【摘要】: 当前船舶趋向大型化和专业化,使码头起重机朝着重型、高速、专业化方向发展,而金属结构的重量通常占整机重量的60%-70%。对于大型港口机械,如各类装卸桥,金属结构的比重甚至上升到80%-90%。相关统计结果表明,大量的港口起重机事故是由于金属结构失效引起的。起重机中结构件的寿命对整机的寿命有关键性的影响。大型港口起重机往往价格昂贵,成本高且维护费用大。随着近年来我国港口货物吞吐量的快速发展,设备配置往往跟不上港口生产发展的需要,因此目前在港口特别是在中小型港口,接近或超过二十年的门座起重机仍然在使用,从而存在安全生产的隐患。同时老龄机械受当时各种条件限制,设计方案及生产工艺等也不一定适合现在生产的要求,因而对港口起重机械金属结构安全性评价方法进行研究具有重要的理论意义和较大的工程应用价值。本文在港口起重机金属结构材料实验研究、故障统计分析研究和现有金属结构评价方法研究的基础上完成了以下的研究工作: 1)Q345钢是目前港口机械结构普遍应用的钢材,本文通过实验确定Q345钢材料常数和断裂韧性,填补了Q345钢裂纹扩展特性参数的空白,为对使用Q345钢材的港口机械结构件的裂纹研究奠定基础,也为对Q345钢材料裂纹的监控和评价提供科学的依据。 2)针对老龄港口门座起重机金属结构故障安全性评价的问题,本文在门座起重机金属结构故障统计分析的基础上,对多台门座起重机建立了故障树分析图和基于故障树的贝叶斯网络故障分析模型,为了解决多态系统故障树比较复杂及计算量相对较大的问题,应用故障树转化为贝叶斯网络的方法,求解系统的故障发生率。通过对比有限元计算所确定的裂纹敏感区和基于故障树及贝叶斯网络统计分析结果,确定了门座起重机金属结构重点巡检部位,为起重机金属结构的安全管理提供了参考。 3)构建了多层次、多因素和多指标的起重机金属结构安全性评价体系框架。采用正常指标和故障指标分别评价正常构件和故障构件,研究和提出了这两类指标评价值确定方法。提出了金属结构安全性评价指标无量纲化方法的确定原则,建立了各评价指标无量纲化公式。其中,根据结构安全性评价指标有正、逆性及评价值量纲复杂的特点,重点对基于改进的广义指数法的无量纲化方法进行研究,以解决部分指标评价值值域不统一的问题。 4)结合金属结构各评价层评价对象的特点,提出基于多层次评价方法的分层构权思路。为了突出故障类指标对金属结构安全性评价结果的影响,对故障构件指标提出了基于惩罚型变权的起重机金属结构安全性评价变权方法。另外,对基于改进的单准则AHP法和贝叶斯网络权重自学习的构权方法进行研究,将专家对同类型起重机评价的权重作为学习样本,进行权重自学习。 5)结合起重机金属结构故障特点,提出了各评价层的合成原则。采用基于加权算术平均合成和加权几何平均合成的混合合成方法,建立了各评价层的合成公式,使评价结果(安全指数)更为准确。在上述研究基础上,初步开发了起重机金属结构安全性评价系统软件。以某港口门座起重机为案例,验证了本文所提出的方法在安全性评价中的可行性。
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