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四种起重机规范结构疲劳设计的对比研究

单葆郁  
【摘要】:疲劳破坏是机械零件和结构的常见的失效形式。对于港口起重机来说,由于港口装卸作业的性质和要求,其工作载荷大、工作频繁而且工作条件又比较差。因此,港口起重机零构件发生疲劳破坏的情况甚于其它类型的起重机。起重机结构的疲劳破坏问题一直是设计人员和用户所关心的问题。提高起重机金属结构的抗疲劳性能的关键在于金属结构的抗疲劳设计,采用合理的抗疲劳设计方法,并在结构的构造细节上减少和避免影响结构疲劳寿命的因素,是提高结构疲劳强度保证结构安全工作的最有效措施。 论文在分析疲劳破坏特征的基础上,论述了结构的抗疲劳设计准则及抗疲劳设计方法。结合目前起重机结构抗疲劳设计常用的方法,在影响起重机金属结构疲劳寿命的因素及设计上应采取的措施作了一些探讨。 起重机械类属于重要的特种设备,很多国家都颁布了起重机设计规范或标准。设计人员在进行起重机结构设计时,由于设计周期等因素的限制,往往只能按标书要求的规范进行设计。许多设计人员都或多或少有这样的一个思考:对于一种设计个案,用不同国家的设计规范进行结构疲劳设计时,结果会是怎样?针对这一思考,本文选择了中国国家标准《起重机设计规范》(GB3811-83)、《欧洲起重机设计规范》(F.E.M标准1998年修订版)、德国标准《起重机钢结构计算原则》(DIN 15018/1-1984)和美国国家标准《桥式起重机结构规范》(ASME NOG-1-2002)等四种规范对起重机金属结构进行疲劳设计计算和比较分析。为使分析结果具体化,以某港口岸边集装箱起重机作为设计计算实例,分别按上述四种规范的要求,对该机结构疲劳强度做了全过程的计算。 论文中起重机结构疲劳计算运用了结构有限元计算方法,通过有限元静力分析,得到了起重机结构单元(结点)的内力,再按各规范要求用FORTRAN算法语言,分别编制了起重机结构疲劳验算的计算程序,并对输出的结果作了比较分析。 从这一计算实例得到了这样的一个结论:对于该类型的集装箱起重机金属结构的疲劳设计,ASME NOG-1-2002的要求相对来说比较严格,F.E.M标准1998比较宽松,而GB3811-83和DIN 15018/1-1984介于以上两者之间且相差不大。由于结构及载荷情况较为复杂,按照四种规范进行全过程疲劳计算,工作量很大。虽然计算仅为一例,但计算得到的此类结构疲劳强度的分布规律,有助于类似结构的设计人员在结构设计之初,就能有预见性地在结构疲劳应力比较大的部位,采取一些提高疲劳寿命措施,缩短结构疲劳设计的周期。相关的设计和计算结果,对结构设计人员也有一定的参考价值。


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