门式起重机(简称门机)是我国国民经济发展必不可少的设备。门机钢结构重量占整机重量60%以上,且该钢结构工作时承受机械运动的活动载荷,将对系统产生冲击和振动。钢结构长期在这种振动的影响下就会导致金属结构疲劳破坏;同时,系统的这种振动参数如不合理对操作人员也是不利的。因此,对门机进行动态特性研究已成为该设计领域的研究重点。 本课题依托于实际的工程项目,以32/10t+32/10t双小车吊钩门式起重机为研究背景,利用计算机辅助有限元(CAFEA)分析软件ANSYS对门式起重机结构设计、分析中急需解决的动态特性问题做了较深入研究,根据计算结果对主梁结构的疲劳寿命进行了估算,给出了一些有意义计算结果,并提供了具体的分析方法。本论文主要工作如下: (1)本文研究了有限元理论、机械振动理论、计算机辅助工程(CAE)分析方法和疲劳设计理论,在总结实际工程经验的基础上对门机结构进行分析研究,建立了科学、优化的有限元计算模型,以求达到相对精确的分析结果。 (2)运用分块Lanczos法对门机结构进行了模态分析,得出满载小车位于跨中位置,门机的前15阶固有频率和振型;并讨论了门架质量、门架刚度、钢丝绳刚度、约束等结构参数改变对固有频率ω_i的影响。 (3)运用FULL法对门机结构进行了瞬态响应分析,得出满载小车位于跨中位置,门机受到起升冲击载荷作用下,跨中的位移、速度以及加速度时间历程响应;并讨论了起升速度改变对起升动载系数的影响。 (4)运用损伤容限设计方法对主梁结构进行了疲劳寿命计算,建立了以Paris公式为基础的裂纹扩展模型,计算了门机跨中附近主梁下盖板初始裂纹为0.5mm时,主梁的设计寿命;并讨论了模型中参数改变对主梁寿命的影响。 利用国际知名的集成化CAE软件,对门机这类大型复杂结构进行建模分析可以节省人力物力,又有比较高的模拟精度,解决了工程中的实际问题,并为今后门机的优化设计、起升动载系数的选择、以及门机的维护和修缮等提供参考依据,且相关的计算方法对类似结构的设计分析也具有一定的参考价值。