大型造船用龙门起重机疲劳寿命分析

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全球化、一体化世界经济引发的航运市场竞争使得船舶大型化趋势愈演愈烈,导致的直接结果是各船厂对造船用龙门起重机的要求也朝着大型化、轻型化、高速化、自动化和智能化方向快速发展。频繁工作下的这类门式起重机,其主机特有的焊接结构随着交变载荷反复作用会产生疲劳现象,当达到疲劳破坏时机身结构会突然断裂,造成重大伤亡事故。因此,对起重机疲劳性能的研究及对其使用寿命的预测分析,成为现今起重机行业及其用户都很关注的问题。  计算机和有限元技术的发展,为设计人员借助这类先进的技术对起重机进行疲劳寿命分析成为可能。本文在详细探讨疲劳的定义及分类、疲劳寿命及疲劳寿命的分析方法、材料S-N曲线及其修正方法、疲劳累积损伤理论及裂纹破坏原理等的基础上,以1600t造船用龙门起重机为研究对象,利用有限元方法对其进行疲劳寿命分析。论文主要工作如下:  1)现场调研考察,建立对起重机的整体认识;结合起重机日常吊载情况,总结梳理具有代表性的典型工况;查阅相关龙门起重机研究方案,为后续有限元模型的建立、力学分析、疲劳寿命分析作准备。  2)确定疲劳寿命分析流程框架。总结分析起重机疲劳类型,阐述常用的疲劳寿命估算方法,确定起重机载荷谱编写方法。同时探讨了疲劳累积损伤理论及裂纹破坏原理,总结归纳起重机疲劳寿命的影响因素。  3)起重机有限元模型力学分析。对起重机结构特点进行描述,梳理起重机各类典型工况并对其进行力学仿真分析,得出机身应力、应变云图,验证其强度是否低于材料许用应力值、跨中应变是否低于起重机许用挠度值;对起重机进行动态分析,得出前八阶固有频率及振型图,跨中起吊过程应变随时间响应关系。同时为疲劳寿命分析提供有限元分析结果文件。  4)起重机疲劳寿命分析。结合起重机吊载统计数据,编写起重机载荷谱;利用有限元分析结果,对S-N曲线进行修正;在疲劳寿命分析软件Msc.Fatigue中输入S-N曲线与载荷谱,加载有限元分析结果,对其进行疲劳寿命分析。得出疲劳寿命云图及疲劳损伤严重部位,给出起重机后期检修保养的注意点及设计制造阶段优化方案措施。  5)对本课题研究工作进行总结概括,进一步展望龙门起重机疲劳寿命分析方面值得研究探讨的问题。  本文研究对象为1600t造船用龙门起重机,对于同类型其它吨位起重机,可以利用本文建立的研究方案及分析流程进行相应的疲劳寿命分析。
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