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《武汉科技大学》 2009年
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基于有限元及断裂力学的起重机结构的疲劳研究

文关俊  
【摘要】: 起重机作为国家规定的特种设备之一,其安全使用历来受到高度的重视。但由于各方面的原因,其事故频发的现象仍然存在。这些事故中,最常见的也是最严重的是以裂纹为特征的起重机金属结构故障。实践证明,起重机的结构破坏一般起源于危险截面局部焊缝缺陷的疲劳扩展,因此,对裂纹故障的发生原因及其扩展规律进行研究,对于预防疲劳断裂事故的发生,指导产品的设计、制造、检验和管理都具有重要意义。起重机金属结构的强度计算及疲劳分析是十分复杂的问题,在目前已有的各种分析方法中,基于有限元和断裂力学理论的方法迄今被认为较为合理和有效。本文以马钢第二钢轧总厂E3# 75/20t×16m桥式起重机为研究对象,分析其端梁腹板拐角处裂纹的成因及扩展规律。 本文利用大型有限元软件ANSYS对起重机进行了有限元建模和静力学分析,并结合有限元疲劳分析软件MSC.FATIGUE和断裂力学理论对该起重机进行结构性能评估和桥架剩余寿命的估算,另外,对故障部位裂纹扩展情况也进行了描述。 本文首先对该起重机桥架结构进行有限元建模,模拟实际情况,通过四种工况对桥架结构进行有限元静力学分析,从而对该类桥架结构的力学性能作出详细分析,找出结构的薄弱环节,并提出可行的改进意见。 然后运用MSC.FATIGUE软件中的全寿命分析模块分析该起重机桥架的理想的设计寿命。通过分析,得出无制造缺陷的桥架结构在近似实际情况下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,使设计人员能全面了解桥架不同部位疲劳寿命的分布,为快速比较不同设计方案、疲劳性能的优劣或改进设计提供较直观、全面的依据。 最后,本文采用线弹性断裂力学方法,对该起重机端梁故障部位的疲劳扩展寿命进行了估算,计算并绘制出端梁腹板裂纹的扩展与该起重机循环周期的曲线图,解释了该类型起重机端梁腹板初始缺陷的存在,得到裂纹扩展的规律。 通过与实际情况的比较,发现对该起重机桥架力学性能分析的结果是可信的,也说明本文的方法具有重要的工程实用意义。本文提出了修复处理意见及设计修改意见,并分别再次进行了计算,证明了两种方案都是行之有效的。我们的分析为该类桥式起重机结构的安全运行和修复处理提供了重要的理论依据。
【学位授予单位】:武汉科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TH21

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【引证文献】
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【同被引文献】
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