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岸边集装箱起重机有限元分析及寿命预估的研究
| 论文题名： | 岸边集装箱起重机有限元分析及寿命预估的研究 |
| 关键词： | 岸边集装箱起重机;疲劳寿命;应力谱;P-S-N曲线;雨流计数 |
| 摘要： | 岸边集装箱起重机作为港口装卸的主要设备，其在全球水路运输中发挥着至关重要的作用，随着国内港口集装箱吞吐量的不断加大，岸边集装箱起重机的工作也越来越繁重，其钢结构在经过长时间的起吊、卸载工作，使之不断承受交变载荷作用，极易使钢结构发生疲劳破坏，所以科学准确地预估起重机的使用寿命，对保证港口机械的使用安全，起到十分重要的作用。本文以青岛某码头所使用的一台70T/70m的岸边集装箱起重机为例，使用有限元方法对起重机进行应力计算分析，优化现场应力监测测点位置，并使用修正后P-S-N曲线结合疲劳累计损伤理论对该台起重机进行疲劳寿命预估。论文的主要研究工作如下： (1)通过有限元计算分析，得到该岸边集装箱起重机在不同工况下的整体应力云图，依据受力大小，划分出岸边集装箱起重机高风险区域、中风险区域、低风险区域。在不同风险区域的均匀高应力区、应力集中区布设监测系统的应变计，共布置22个应变测点，其中单项应变片20个，夹角45°的直角形应变花2个。 (2)通过对疲劳寿命分析理论进行分析总结，依据起重机的实际工作环境以及工作特点，确定使用名义应力法对钢结构进行疲劳寿命计算。通过对材料疲劳曲线的特点进行分析说明，采用可靠性更高的P-S-N曲线，并根据起重机钢结构所受变幅随机载荷类型，使用线性疲劳累计损伤模型进行疲劳寿命预估。 (3)设计并安装岸边集装箱起重机应力监测系统，并对其进行实时监测，得到起重机长时间服役过程中测点的应力变化数据，对测得的应力-时程数据进行预处理，利用雨流计数法对起重机的应力-时程数据进行统计分析，并利用matlab编程进行雨流计数法编程，对起重机工作一个月的各测点应力数据进行统计分析，得到起重机工作一个月的载荷谱，并根据起重机的实际工作情况，外推至全年的起重机应力载荷谱，最终得到岸边集装箱起重机寿命预估所需的载荷谱。 (4)针对岸边集装箱起重机实际工作环境及特点，通过查阅相关资料，得到修正后的起重机钢结构的P-S-N曲线，并与全年的起重机应力谱相结合，通过实地考察和理论方面进行详细分析的基础上，利用线性疲劳累计损伤准则进行了岸边集装箱起重机的疲劳寿命预估，分析结果得出，该岸边集装箱起重机在正常工作的情况下，若结构完好无损且无损伤的情况下，还可继续使用15.98年(按99.9%的概率计算)。最易受损的疲劳位置发生在测点4-2，测点4-1处。根据寿命预估结果并结合起重机的实际工作情况，对起重机的维护使用提出了建议。 |
| 作者： | 孙宝晗 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 颜廷俊;时均莲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京化工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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