基于有限元及斷裂力學(xué)的起重機結(jié)構(gòu)的疲勞研究.pdf

1、起重機作為國家規(guī)定的特種設(shè)備之一，其安全使用歷來受到高度的重視。但由于各方面的原因，其事故頻發(fā)的現(xiàn)象仍然存在。這些事故中，最常見的也是最嚴重的是以裂紋為特征的起重機金屬結(jié)構(gòu)故障。實踐證明，起重機的結(jié)構(gòu)破壞一般起源于危險截面局部焊縫缺陷的疲勞擴展，因此，對裂紋故障的發(fā)生原因及其擴展規(guī)律進行研究，對于預(yù)防疲勞斷裂事故的發(fā)生，指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計、制造、檢驗和管理都具有重要意義。起重機金屬結(jié)構(gòu)的強度計算及疲勞分析是十分復(fù)雜的問題，在目前已有的各種分

2、析方法中，基于有限元和斷裂力學(xué)理論的方法迄今被認為較為合理和有效。本文以馬鋼第二鋼軋總廠E3＃75/20t×16m橋式起重機為研究對象，分析其端梁腹板拐角處裂紋的成因及擴展規(guī)律。 本文利用大型有限元軟件ANSYS對起重機進行了有限元建模和靜力學(xué)分析，并結(jié)合有限元疲勞分析軟件MSC.FATIGUE和斷裂力學(xué)理論對該起重機進行結(jié)構(gòu)性能評估和橋架剩余壽命的估算，另外，對故障部位裂紋擴展情況也進行了描述。 本文首先對該起重機橋架

3、結(jié)構(gòu)進行有限元建模，模擬實際情況，通過四種工況對橋架結(jié)構(gòu)進行有限元靜力學(xué)分析，從而對該類橋架結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能作出詳細分析，找出結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，并提出可行的改進意見。 然后運用MSC.FATIGUE軟件中的全壽命分析模塊分析該起重機橋架的理想的設(shè)計壽命。通過分析，得出無制造缺陷的橋架結(jié)構(gòu)在近似實際情況下的疲勞壽命分布云圖，直觀顯示出金屬結(jié)構(gòu)各個部分的疲勞壽命，使設(shè)計人員能全面了解橋架不同部位疲勞壽命的分布，為快速比較不同設(shè)計方案、疲

4、勞性能的優(yōu)劣或改進設(shè)計提供較直觀、全面的依據(jù)。 最后，本文采用線彈性斷裂力學(xué)方法，對該起重機端梁故障部位的疲勞擴展壽命進行了估算，計算并繪制出端梁腹板裂紋的擴展與該起重機循環(huán)周期的曲線圖，解釋了該類型起重機端梁腹板初始缺陷的存在，得到裂紋擴展的規(guī)律。 通過與實際情況的比較，發(fā)現(xiàn)對該起重機橋架力學(xué)性能分析的結(jié)果是可信的，也說明本文的方法具有重要的工程實用意義。本文提出了修復(fù)處理意見及設(shè)計修改意見，并分別再次進行了計算，證明