岸边集装箱桥式起重机结构疲劳寿命分析

论文摘要

岸边集装箱桥式起重机是码头前沿主要的集装箱装卸的设备。随着市场竞争的日益激烈,集装箱运输船舶大型化发展,岸桥正趋于大型化、高速化、重载化,以满足作业要求。大型岸桥已成为当前集装箱专用码头配备的装卸机械的主力机型。起重机结构设计需要通过合理配置,控制成本并使结构在预定的使用期限内,具备预定的功能。目前在岸桥结构的设计中存在一些问题：长期以来国内外大型结构的设计大多还停留在静力分析和简化分析阶段,一般结构设计人员按照常规的设计步骤,根据经验取一系列较大的系数进行强度、刚度和稳定性等方面的计算和核算,以保证设计的可靠性和安全性。因此设计过程周期较长,设计的精确度不高。起重机在使用阶段,开焊、开裂甚至断裂现象时有发生,起重机的使用寿命很大程度上取决于金属结构的使用寿命。对起重机金属结构进行疲劳强度及疲劳寿命评估就显得十分迫切。因此加强岸桥疲劳问题的研究,普及抗疲劳设计的理论和方法有着十分重要的意义。本文以疲劳理论为基础,阐述了疲劳及疲劳寿命理论和疲劳载荷谱与累积损伤理论；以35t-28m岸边集装箱桥式起重机为研究对象,使用有限元分析软件ANSYS建立有限元模型,进行静力学分析和模态分析；使用专用疲劳分析软件MSC.fatigue,分析起重机结构在近似实际工作条件下的疲劳应力和寿命,对起重机金属结构进行全疲劳寿命估算。本研究成果将结构的疲劳寿命分布状态直观地呈现在人们面前,让设计者和使用者能精确、方便地评价结构设计方案的合理性和使用性能,有利于改善产品的疲劳性能,缩短开发周期,降低生产和使设计成本,提高经济效益。本文研究成果具有一定的理论指导意义和实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 与课题研究相关的国内外现状与发展动态
• 1.2.1 岸桥结构设计及使用现状与发展趋势
• 1.2.2 疲劳及疲劳寿命的研究现状与发展趋势
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 结构疲劳基本理论
• 2.1 疲劳概述
• 2.1.1 疲劳分类
• 2.1.2 疲劳寿命
• 2.1.3 金属疲劳的破坏机理
• 2.2 影响疲劳强度的主要因素
• 2.2.1 缺口效应
• 2.2.2 尺寸效应
• 2.2.3 表面加工状况的影响
• 2.2.4 平均应力的影响
• 2.2.5 其他因素影响
• 2.3 疲劳极限与疲劳寿命曲线
• 2.3.1 S-N曲线
• 2.3.2 疲劳极限
• 2.4 疲劳累积损伤理论
• 2.4.1 概述
• 2.4.2 线性累积损伤
• 2.4.3 损伤极限
• 2.5 本章小结
• 第3章 岸桥结构有限元建模与分析
• 3.1 岸桥模型建立
• 3.1.1 岸桥结构及简介
• 3.1.2 岸桥结构有限元模型的建立
• 3.2 岸桥结构计算载荷及载荷组合
• 3.2.1 载荷名称及定义
• 3.2.2 设计计算载荷组合
• 3.2.3 岸桥结构循环载荷
• 3.3 结构静强度计算及分析
• 3.3.1 强度计算结果
• 3.3.2 静强度结果分析
• 3.4 结构静刚度计算及分析
• 3.4.1 静刚度分析准则
• 3.4.2 岸桥大梁结构静刚度计算及分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 岸桥结构模态分析
• 4.1 模态分析理论
• 4.1.1 模态分析基础理论
• 4.1.2 模态分析方法
• 4.1.3 模态分析关键技术
• 4.2 岸桥结构模态分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 岸桥结构疲劳寿命分析
• 5.1 疲劳分析软件MSC.fatigue简介
• 5.2 抗疲劳设计方法在起重机械中的应用
• 5.3 基于MSC.fatigue岸桥金属结构疲劳寿命估算
• 5.3.1 几何模型及静力计算结果的输入
• 5.3.2 结构S-N曲线定义
• 5.3.3 载荷信息
• 5.3.4 岸桥金属结构寿命疲劳分析及结果
• 5.3.5 岸桥金属结构疲劳寿命结果分析
• 5.4 提高结构件疲劳强度的方法
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在攻读硕士期间发表的论文与参与的科研项目