单葆郁[1]2003年在《四种起重机规范结构疲劳设计的对比研究》文中进行了进一步梳理疲劳破坏是机械零件和结构的常见的失效形式。对于港口起重机来说，由于港口装卸作业的性质和要求，其工作载荷大、工作频繁而且工作条件又比较差。因此，港口起重机零构件发生疲劳破坏的情况甚于其它类型的起重机。起重机结构的疲劳破坏问题一直是设计人员和用户所关心的问题。提高起重机金属结构的抗疲劳性能的关键在于金属结构的抗疲劳设计，采用合理的抗疲劳设计方法，并在结构的构造细节上减少和避免影响结构疲劳寿命的因素，是提高结构疲劳强度保证结构安全工作的最有效措施。 论文在分析疲劳破坏特征的基础上，论述了结构的抗疲劳设计准则及抗疲劳设计方法。结合目前起重机结构抗疲劳设计常用的方法，在影响起重机金属结构疲劳寿命的因素及设计上应采取的措施作了一些探讨。 起重机械类属于重要的特种设备，很多国家都颁布了起重机设计规范或标准。设计人员在进行起重机结构设计时，由于设计周期等因素的限制，往往只能按标书要求的规范进行设计。许多设计人员都或多或少有这样的一个思考：对于一种设计个案，用不同国家的设计规范进行结构疲劳设计时，结果会是怎样?针对这一思考，本文选择了中国国家标准《起重机设计规范》(GB3811-83)、《欧洲起重机设计规范》(F．E．M标准1998年修订版)、德国标准《起重机钢结构计算原则》(DIN 15018／1-1984)和美国国家标准《桥式起重机结构规范》(ASME NOG-1-2002)等四种规范对起重机金属结构进行疲劳设计计算和比较分析。为使分析结果具体化，以某港口岸边集装箱起重机作为设计计算实例，分别按上述四种规范的要求，对该机结构疲劳强度做了全过程的计算。 论文中起重机结构疲劳计算运用了结构有限元计算方法，通过有限元静力分析，得到了起重机结构单元(结点)的内力，再按各规范要求用FORTRAN算法语言，分别编制了起重机结构疲劳验算的计算程序，并对输出的结果作了比较分析。 从这一计算实例得到了这样的一个结论：对于该类型的集装箱起重机金属结构的疲劳设计，ASME NOG-1-2002的要求相对来说比较严格，F．E．M标准1998比较宽松，而GB3811-83和DIN 15018／1-1984介于以上两者之间且相差不大。由于结构及载荷情况较为复杂，按照四种规范进行全过程疲劳计算，工作量很大。虽然计算仅为一例，但计算得到的此类结构疲劳强度的分布规律，有助于类似结构的设计人员在结构设计之初，就能有预见性地在结构疲劳应力比较大的部位，采取一些提高疲劳寿命措施，缩短结构疲劳设计的周期。相关的设计和计算结果，对结构设计人员也有一定的参考价值。
蔡福海[2]2014年在《起重机桁架臂疲劳寿命与可靠性研究》文中认为桁架臂起重机是广泛应用于国民经济各领域的一种起重设备,桁架臂是起重机关键承载部件。如何有效地对臂架寿命和可靠性进行预测,是起重机疲劳研究领域备受关注的一个重要课题。目前国内的研究缺乏专门针对起重机典型工况下的桁架臂疲劳寿命S-N曲线；采用比较常用的线性累积损伤理论对疲劳寿命进行计算所得到的结果精度不高,其他非线性累积损伤理论由于需要大量试验数据拟合,公式复杂,工程适用性不强。针对上述问题,本文主要开展了如下研究工作：(1)利用双曲正弦函数与断裂力学裂纹扩展曲线相似性理论,提出在常幅应变-寿命公式Basquin-Manson-Coffin(BMC)公式的基础上,提出了累积损伤比例因子概念,建立了单位裂纹扩展速率与寿命的归一化约束关系。根据起重机应力特性,提出了基于模糊损伤的改进型非线性累积损伤模型和概率模型,通过比较疲劳寿命影响的各个因素,得到了各个参数的基本敏感度趋势。(2)针对起重机获取实际应力谱比较困难的现状,提出了基于虚拟样机技术的“实测+仿真+比对+统计”组合策略的危险点确定和应力谱获取方法。通过建立起重机整体和局部危险区域细化的耦合有限元虚拟样机,实现了用动力学仿真手段获取了应力谱,为起重机的应力谱获取提供了新的途径。(3)对影响起重机桁架臂可靠性的七个体系单因素及其评价指标进行了分析,建立了多层次构权与动态构权相结合的臂架整体可靠性评估体系框架,并基于此提出了疲劳剩余寿命可靠度与臂架整体可靠度的安全决策措施。设计了基于Elman神经网络的臂架整体可靠度预测模型,可根据大量专家数据的训练,自动计算可靠度,方便工程应用。(4)基于热点应力法,对起重机桁架臂K节点的疲劳试验方法进行了研究,确定了起重机典型工况下的较优工装设计,获取了起重机典型载荷下的桁架臂K节点S-N曲线,对影响疲劳寿命的应变历程、平均应力和初始损伤叁个主要因素进行了试验,通过数据拟合得到了概率BMC公式的材料参数,为起重机抗疲劳设计的工程应用提供了数据参考。(5)开发了面向起重机桁架臂的疲劳寿命与可靠性评估系统,能够实现起重机载荷记录、寿命计算、安全决策等功能。通过案例分析,探讨了起重机理论计算结果与实际检测的符合性。
马林霞[3]2005年在《起重机设计规范中的结构疲劳强度验算研究》文中指出起重机械在国民经济各部门广泛应用。随着改革开放进程的加快,起重机使用越来越繁重,钢结构破坏逐年增加。在起重机钢结构破坏中,有60%-90%是在重复应力作用下发生疲劳破坏所致。据初步调查,全国年均起重机钢结构发生疲劳破坏事故多达数百起,损失上亿元人民币,严重影响了国民经济的建设和发展。 因此起重机结构的疲劳破坏问题一直是设计人员和用户所密切关注的问题。我国的起重机设计规范从1983年发布至今已有二十多年的时间了,在着二十多年里国内外科学技术的发展,新技术不断地出现在起重机设计制造行业中。原先地规范中的一些设计方法和理念已经不能适应和满足目前起重机的设计要求。在这种前提下,我国开始重新修订83版的《起重机设计规范》。 本论文针对目前我国正在进行的起重机设计规范的修订,就其中的结构疲劳强度核算部分做了深入的研究,具体内容有:(1) 从理论上系统分析了焊接结构合理的抗疲劳设计方法,对目前国内外广泛应用的应力比法和应力幅法两种疲劳强度验算方法,深层次地剖析这两种方法的理论根据、公式推导,比较这两种方法的异同点、优缺点;(2) 用图、表等方式对几个主要的图内外运用广泛的起重机规范或钢结构规范的结构疲劳强度核算部分进行分析比较,研究了各规范间的异同点;(3) 通过3个集装箱起重机的疲劳计算实例直观地展示我国新旧起重机设计规范以及和国外几个主要设计规范间的差异,展示应力比法和应力幅法间的的差异,并通过理论和实际的分析,进而得出合理的结论和观点;(4) 引用美国NCHRP疲劳试验的结果证明影响焊接件疲劳强度的生要因素应该是应力幅值Δσ和接头连接类别,而与结构件本身的材料强度和应力循环特性几乎无关。 本文的研究与结论为起重机设计规范的修订提供参考。
李振华[4]2009年在《起重机金属结构疲劳寿命预测与疲劳可靠性研究》文中提出疲劳学无论理论意义上还是工程上都是一门重要学科,对于那些长期承受交变载荷作用的机械零件和工程构件,疲劳破坏是一种主要的破坏模式。应用断裂力学方法研究金属结构的疲劳裂纹扩展机理,预测在役金属结构剩余疲劳寿命,对预防疲劳断裂事故的发生、指导金属结构设计、制造、检验和管理具有重要意义。用确定性的方法进行疲劳分析时,所得的疲劳寿命都是一个确定的值。但是,结构疲劳是一个受到大量不确定因素影响的极其复杂的现象,因此,根据结构可靠性理论,从概率和统计的角度对结构进行疲劳可靠性分析是十分必要的,这是结构疲劳可靠性评估的一种科学合理的新方法。本文以起重机金属结构为研究对象,探讨了疲劳载荷下动态响应采样、疲劳裂纹扩展、结构疲劳可靠性以及疲劳可靠度的计算方法。主要工作有：(1)探讨了结构疲劳载荷谱的采集,以50T×40m桥式起重机桥架为研究对象,对测试原理、测试内容、测点布置做了研究,基于DASP V10智能数据采集和信号处理系统,设计了现场测试静载应力和动态响应整体方案；(2)研究常见的裂纹扩展寿命预测方法,以断裂力学为理论基础,建立了起重机金属结构裂纹扩展数学模型,用等效应力法和Miner线性累积损伤理论分别预测焊接箱形梁的疲劳寿命,分析两种方法的预测结果,对影响寿命的因素进行分析；(3)采用有限元方法计算裂纹尖端应力强度因子,并以此为依据进行焊接箱形梁的疲劳裂纹扩展仿真；(4)探讨结构构件疲劳断裂可靠性、可靠度计算方法以及构件疲劳断裂可靠度计算模型；(5)以累积损伤和线弹性断裂力学为理论基础,建立起重机金属结构疲劳断裂可靠度计算模型：(6)根据起重机金属结构疲劳断裂可靠度计算模型,用Monte Carlo数值模拟方法对50TU型集装箱龙门起重机焊接箱形主梁进行疲劳可靠度计算,分析影响疲劳可靠度的主要参数,探讨提高疲劳可靠度的措施
陈小龙[5]2008年在《门座起重机金属结构疲劳强度研究》文中研究表明门座起重机,在国民经济许多部门得到了广泛的应用。由于其工作环境恶劣,载荷复杂,致使其主要受力构件常出现意想不到的开裂,造成巨大的经济损失和人员伤亡事件。在对多起门座起重机金属结构事故事后分析中,可以看到:裂纹总是在事故发生之前就产生了,并且随着时间的推移,裂纹不断扩展。当裂纹扩展到一定程度,便使得金属结构发生致命性的破坏。而伴随金属结构故障的发生,我们总是可以看到疲劳破坏在这一过程中的重大影响。金属结构的疲劳与裂纹之间是否存在着一定程度的对应关系呢?本文以门座起重机金属结构为研究对象,对此问题加以探讨。本文运用参数化技术对门座起重机的运行过程加以参数化建模,并对整机结构进行疲劳分析;利用Visual C++软件绘制整机的疲劳云图,并将疲劳计算结果与裂纹的调查统计数据加以比较,找出它们之间存在的关系。具体工作如下:1)用ANSYS的内部命令和APDL语言建立门座起重机金属结构有限元模型,这是最为基础也是至关重要的一个环节;2)分析结构的强度,以确定裂纹的产生以及构件的断裂并不是由于结构的强度不够而产生的;3)确定疲劳载荷以及疲劳分析方法;4)分析门座起重机结构的疲劳计算结果。以计算出来的疲劳数据为基础,绘制疲劳云图;将疲劳计算结果与裂纹的调查统计数据加以比较,找出它们之间存在的关系;5)在以上基础上,提出提高金属结构疲劳强度的建议和方法,防止结构过快疲劳,延缓裂纹的扩展速度,从而延长门座起重机的使用寿命。
李志强[6]2016年在《基于Verity与子模型的桥式起重机焊缝疲劳研究》文中提出主梁是桥式起重机最主要的金属结构,也是承载最大的部分,在随机载荷的作用下,很容易产生疲劳断裂,从而引发重大的生产安全事故。而桥式起重机主梁焊缝在实际生产中由于焊接加工等的影响往往会产生焊接缺陷和应力集中,在载荷的作用下形成裂纹源,影响疲劳寿命。焊缝作为主梁疲劳寿命最薄弱的部分,对其进行疲劳寿命分析是整机安全问题的核心。由于以往对起重机主梁的疲劳分析大都只注重其结构,而没有考虑焊缝对主梁寿命的影响,针对以上原因本文进行了以下分析研究。首先,本文对该起重机进行了3D建模导入到ansys分析软件,对四种不同工况下的桥式起重机主梁进行了不同的加载分析,得到了主梁在四种工况下的应力、变形分布,确定其结构应力和变形量最高值的产生位置,验证其强度和刚度是否符合规定要求。其次,采用“板壳-实体”子模型方法切割分离出该桥式起重机S/2附近区段部分带有焊缝细节的有限元模型,通过分析得到子模型的等效结构应力分布状况。将子模型计算数据导入FE-SAFE疲劳分析软件中,采用Verity方法分析四条位于主梁不同位置焊缝的疲劳寿命,得到疲劳寿命最低的焊缝。最后,通过改变此条焊缝焊趾长度(等边、不等边)进行优化分析,计算分析显示采用不等边焊缝且长边位于下翼缘板侧焊趾时抗疲劳性能最好;通过对同一焊缝变化表面形式(内凹、外凸、平面)进行优化分析,计算分析显示内凹型的焊缝截面形式抗疲劳性最好,而平面型焊缝截面形式最经济。对于工作级别较高的桥式起重机??7?A建议采用不等边内凹型焊缝截面形式。这对桥式起重机箱型梁焊缝截面形状的选取有一定指导作用。
戚其松[7]2016年在《基于智能算法的起重机结构可靠稳健优化方法研究》文中研究指明作为一种具有较高使用价值的机械装备,起重机械的作用是对物料进行搬运作业,在现代工业生产中发挥着日益重要的作用。随着起重机的广泛使用以及各行各业对生产效率要求的提高,导致起重机在生产中使用愈加频繁,从而对起重机在安全性和可靠性等方面提出了较高的要求,一旦起重机因结构失效而引起事故,将会产生非常严重的后果,其损失是不可估量的。金属结构作为机械装备的基本单元,构成了机械设备的支撑平台,金属结构之于起重机类似于骨骼之于人体,金属结构主要起到承受起重机载荷的作用,其设计质量的优劣将对整机在技术、安全、使用寿命等方面的指标产生间接影响。将起重机金属结构作为本文的研究对象,综合运用不同的结构设计方法,从不同的角度和层面对起重机结构进行研究。本文所用的结构设计方法包括:许用应力法、极限状态法、许用应力—应力比法、极限状态—应力幅法、学习型果蝇算法、镜面反射算法、稳健设计和可靠性设计等,本文的研究内容如下:1)采用工程设计中经典、常用的许用应力法和一种新的结构设计理论—极限状态法对实际工程中的机械结构进行设计校核,并评价两种设计方法的优劣。以桥式起重机和汽车起重机臂架结构为研究对象,分别采用许用应力法和极限状态法对两种起重机结构进行静强度验证,采用许用应力-应力比法和极限状态-应力幅法对两种结构进行疲劳强度验证,并对计算结果进行对比分析,从裕度的角度分析并评价了四种设计方法的优劣。计算结果表明,极限状态法是一种相对轻量化的设计方法,当结构所承受的载荷与产生的内力呈非线性关系时,极限状态法具有明显的优势。2)研究并发现了两种具有全新设计理念的优化算法。一是通过对果蝇算法的理解和研究,提出了学习型果蝇算法,该算法克服了传统果蝇算法的不足,具有解决实际问题的能力和广阔的工程应用前景;二是受镜子的启发,提出了一种新颖的全局优化方法—镜面反射算法。镜面发射算法采用了一种全新的模拟对象,算法具有区别于一般群优化算法的搜索方式和迭代方式。采用了传统的数学理论对镜面反射算法的全局收敛性进行分析,证明了镜面反射算法具有收敛于全局极值的能力。数值算例的对比计算结果表明,镜面反射算法具有明显高于传统智能优化算法和学习型果蝇算法的计算速度和计算精度。采用镜面反射算法对起重机结构进行轻量化设计,证明了该方法具有较好的处理离散优化问题的能力。3)提出了基于灵敏度的稳健设计模型,并将该模型应用于起重机金属结构稳健优化设计中。在结构优化设计模型的基础上,将镜面反射算法同灵敏度设计方法结合,同时考虑结构设计不确定参数的容差。通过对工程实例的分析可知,本文提出的稳健优化模型能有效处理结构问题,是一种可提高结构可靠性的先进设计方法。4)对可靠度指标进行了理论推导,获得了一种用于近似求解结构可靠度的计算方法,将该方法同镜面反射算法结合,建立了可用于结构可靠性优化的设计模型。在结构轻量化设计模型的基础上,通过适当的增加结构可靠性约束,使结构在保证可靠度要求的同时具有最轻的结构自重,即在保证结构可安全使用的前提下,最大限度的降低结构制造成本。5)提出了结构快速设计的概念,将结构快速设计方法应用至上述结构设计模型中,以通用桥式起重机和门式起重机主梁金属结构为研究对象,分别对两种起重机结构进行优化设计、稳健优化设计和可靠性优化设计,通过算例证明了该方法的可行性并再次验证了上述叁种结构优化设计方法的准确性。
贾晓明[8]2015年在《二次回归正交法53/5t桥式起重机主梁结构优化设计》文中进行了进一步梳理桥式起重机作为最常用的起重机械之一,已经广泛应用到各个生产单位。近年来,起重机结构故障频发。笔者通过对辽宁恒泰重机有限公司起重机使用情况的现场调研发现,桥式起重机主梁端部下盖板焊缝处常因疲劳出现开裂现象,本文以开裂情况较严重的53/5t型桥式起重机为研究对象,进行以下研究分析工作：1)桥式起重机总体简介及主梁强度、刚度、稳定性校核：对53/5t型桥式起重机的操纵室侧主梁、小车起升机构、小车运行机构等进行结构及参数说明,并参考《起重机设计规范》对其主梁的刚度、强度、稳定性进行校核。2)桥式起重机主梁结构有限元分析：应用Inventor软件建立桥式起重机主梁叁维模型,选取主梁的四种典型工况,应用Inventor对其进行应力有限元分析。分析结果发现主梁端部下盖板焊缝处应力集中,在实际使用过程中此处也常出现疲劳开裂失效,理论分析结果与实际情况一致。3)桥式起重机主梁结构改进方案的确定：针对主梁端部下盖板焊缝处疲劳开裂问题,依据钢板补强法提出叁种主梁结构改进方案,对叁种结构改进方案进行应力有限元分析,对比主梁端部下盖板焊缝处应力情况,最终确定一种结构改进方案。4)基于二次回归正交法对新的结构方案进行优化设计确定最优参数：利用二次回归正交法对改进后结构的叁个变量(主梁加强筋位置和个数)做15组编码,并依次进行有限元分析得到焊缝处应力值,将处理后的15组数据进行统计分析,得到焊缝处应力响应值与叁个变量之间的关系方程式,对方程求偏导得到使应力最小的一组变量作为最优解,即得到最优结构参数。对优化前后的主梁进行应力及剩余寿命的对比分析,结果表明：优化后主梁端部下盖板焊缝处应力降低18.9%,剩余寿命提高81.7%。
黄晓阳[9]2008年在《基于ANSYS的平板网架结构设置悬挂吊车疲劳载荷谱的编制》文中研究指明疲劳载荷谱的研究是进行疲劳强度计算和疲劳可靠性分析的前提和依据。国内外关于疲劳载荷谱的研究已有很多,但大都集中在航空、机械、桥梁领域,对网架结构疲劳载荷谱的研究甚少。雷宏刚教授主持的“平板网架结构在悬挂吊车作用下的疲劳实用设计方法研究”已经获得国家自然科学基金的资助。作为该项目的子课题,本文对平板网架结构在悬挂吊车作用下疲劳载荷谱的研究进行了相关探讨。本文经过查阅大量资料,回顾了疲劳问题及疲劳载荷谱问题在国内外的发展及目前的研究动态;本文经过调研,收集整理了国内主要厂家所产悬挂吊车的相关技术参数和国内设置悬挂吊车网架的工程实例。本文利用ANSYS有限元分析软件建立网架模型,模拟悬挂吊车运行过程,经过瞬态分析,得到吊点的载荷—时间历程,从而省去疲劳载荷现场测试采样的大量繁杂工作,在此基础上通过统计计数,编制出平板网架结构疲劳载荷谱,为疲劳载荷谱的研究提供一种新的方法。最后,就本文工作做了总结,并且对下一步的研究工作进行了展望。
曾婷[10]2009年在《门座起重机载荷谱及裂纹扩展特性的研究》文中研究表明门座起重机是现代港口工业生产中最重要的大型机械设备之一。长期以来,港口门座起重机金属结构的疲劳裂纹问题一直为港口相关工作各方人员所关注。以往,门座起重机的设计都仅限于强度和刚度方面,疲劳没有校核过,而门座起重机金属结构的裂纹往往是由疲劳所引起的。因此,加强门座起重机疲劳问题的研究,普及抗疲劳设计的理论和方法有着十分重要的意义;而如何对已经产生明显宏观裂纹的门座起重机进行疲劳裂纹监控也是摆在我们面前的一个全新课题。本文采用BS5400标准,以门座起重机金属结构为研究对象,运用有限元分析软件ANSYS及其参数化技术对门机的运行过程进行参数化建模;根据门机典型工作工况制定门机典型疲劳载荷谱,并对门机结构疲劳强度进行分析;运用VisualC++软件绘制门机疲劳云图;通过分析疲劳结果,找出载荷谱与疲劳结果之间的关系。本文的主要工作如下:(1)运用ANSYS软件中的APDL语言编制命令流实现门机运行过程的参数化建模,并对门机金属结构进行强度分析;(2)根据门机典型工作工况制定门机典型疲劳载荷谱,并分析影响门机典型疲劳载荷谱的相关因素;(3)依据BS5400标准,利用Visual C++程序对门机典型疲劳载荷谱下的结构疲劳强度进行分析,对疲劳分析结果与门机裂纹的实际情况进行比较,并以计算疲劳数据为基础,绘制疲劳云图;(4)通过分析疲劳结果,找出载荷谱与疲劳结果之间的关系,进而分析得出设计中如何改善门机金属结构疲劳强度及门机使用过程中如何减少结构的疲劳累积损伤;(5)研究疲劳裂纹的扩展特性,根据门机有限元分析结果探讨门机疲劳裂纹的监控。
参考文献：
[1]. 四种起重机规范结构疲劳设计的对比研究[D]. 单葆郁. 上海海事大学. 2003
[2]. 起重机桁架臂疲劳寿命与可靠性研究[D]. 蔡福海. 大连理工大学. 2014
[3]. 起重机设计规范中的结构疲劳强度验算研究[D]. 马林霞. 上海海事大学. 2005
[4]. 起重机金属结构疲劳寿命预测与疲劳可靠性研究[D]. 李振华. 西南交通大学. 2009
[5]. 门座起重机金属结构疲劳强度研究[D]. 陈小龙. 武汉理工大学. 2008
[6]. 基于Verity与子模型的桥式起重机焊缝疲劳研究[D]. 李志强. 太原科技大学. 2016
[7]. 基于智能算法的起重机结构可靠稳健优化方法研究[D]. 戚其松. 太原科技大学. 2016
[8]. 二次回归正交法53/5t桥式起重机主梁结构优化设计[D]. 贾晓明. 辽宁工程技术大学. 2015
[9]. 基于ANSYS的平板网架结构设置悬挂吊车疲劳载荷谱的编制[D]. 黄晓阳. 太原理工大学. 2008
[10]. 门座起重机载荷谱及裂纹扩展特性的研究[D]. 曾婷. 武汉理工大学. 2009
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