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门座起重机支撑圆筒的故障诊断及基于MSC.Fatigue的门架结构疲劳有限元分析

王宏波  
【摘要】:目前,在我国大中型冶金企业中,为了方便地进行物料的起重、搬运和装卸工作,采用了大量的起重机,其中包含众多港口起重机。近年来,随着国民经济的高速发展,钢铁产量不断提高,起重机的工作也日趋繁重。,因此,在各冶金企业起重机中出现了各种各样的事故,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。 本文以马鞍山钢铁股份有限公司港务原料厂的两台港口门座起重机为研究对象,对其支撑圆筒上存在的表面裂纹进行了有限元和断裂力学方面的深入分析研究,进行了系统的安全性诊断评估,给出了相应的整改方案。 首先,本文论述了开展起重机金属结构研究的重要性,特别是对表面裂纹的研究。对本文研究的理论基础——断裂力学和主要使用的有限元软件MARC、PATRAN以及疲劳有限元分析软件MSC.Fatigue进行了简单介绍,继而提出了本课题的研究内容,并阐述了该研究的意义。 其次,本文对该港口门座起重机的支撑圆筒和整个门架结构进行了有限元建模和计算,在建立模型的过程中,重点考虑了三维表面裂纹的建模问题,通过强度计算,得出下列结论:该门座起重机的支撑圆筒静强度满足要求,但是在裂纹处存在较大的应力集中,又由于该门机圆筒承受疲劳载荷,这就说明该起重机的金属结构可能会受到疲劳破坏的影响。因此,为了能清楚地对该表面裂纹进行诊断,本文应用了断裂力学中的理论进行了裂纹的分析研究,结果表明,这两台起重机支撑圆筒的表面裂纹在正常工作载荷下,均会继续扩展。因此,给出了整改方案,并对整改后的结构再次进行了有限元计算,理论计算和实践结果均表明此整改方案是成功的。 本文在介绍了疲劳有限元技术的基础上,利用软件MSC.Fatigue对该门座起重机金属结构进行了指定载荷历程下的疲劳分析。通过分析,得出该门架结构整体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。 最后,本文还对本课题的理论成果和实践意义进行了总结,提出了今后研究的方向。


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