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原文传递基于MSC.PATRAN的抓斗卸船机的结构疲劳性能研究

论文题名：	基于MSC.PATRAN的抓斗卸船机的结构疲劳性能研究
关键词：	抓斗卸船机;结构疲劳性能;疲劳裂纹;起重机;结构强度计算;有限元分析
摘要：	目前，在我国大中型冶金企业中，为了方便地进行物料的起重、搬运和装卸工作，采用了大量的起重机，其中包含众多港口起重机。近年来，随着国民经济的高速发展，钢铁产量不断提高，起重机的工作也日趋繁重。与此同时，冶金企业中的起重机不断出现各种各样的事故，这些事故中，最常见也是最严重的是以疲劳裂纹为特征的起重机金属结构故障。所以，研究裂纹故障的发生原因及其扩展趋势，是当前广大工程技术人员十分关注的问题。起重机金属结构的强度计算及疲劳分析十分复杂，在目前已有的各种分析方法中，基于有限元理论的方法迄今被认为较为合理和有效。本文以马鞍山钢铁股份有限公司港务原料厂的一台港口抓斗卸船机为研究对象，以MSC.Patran为建模工具，对其整体结构进行了有限元分析，对其中重要构件主梁结构进行了疲劳寿命方面的深入分析研究，对支腿开裂部位进行了疲劳裂纹扩展研究。本文进行了结构的诊断评估，给出了相应的整改方案。首先，本文论述了开展起重机金属结构研究的重要性，特别是对疲劳的研究，提出了本课题的研究内容，并阐述了研究的意义。接着对本文主要使用的有限元软件MSC.Patran、Nastran以及疲劳有限元分析软件MSC.Fatigue进行了简单介绍。然后，本文对该抓斗卸船机的整机结构和主梁用MSC.Patran和MSC.Nastran，进行了有限元建模和计算，在建立模型的过程中，重点考虑了多点约束的问题。通过计算，得出下列结论：该卸船机的静强度、刚度虽满足要求，但后大梁悬臂根部截面的计算应力已接近许用应力，悬臂端部下挠偏大，并致使后大梁中部上拱偏大，影响小车正常行驶，结构设计存在明显缺陷。经过分析研究，提出了整改方案，并对整改后的结构再次进行了有限元计算，结果表明本文提出的整改措施有效地降低了悬臂根部应力和跨中上拱度，此整改方案是成功的。本文在介绍了疲劳有限元技术的基础上，针对目前工程当中对于起重机金属结构疲劳研究的现状，利用有限元疲劳分析软件MSC．Fatigue对该卸船机主梁结构进行了指定载荷历程下的疲劳分析。通过分析，得出该卸船机主梁的疲劳寿命分布云图，直观显示出主梁结构各个部分的疲劳寿命，从而为卸船机结构设计的评价和改进以及疲劳研究提供了直观的理论依据。本文对卸船机出现裂纹的支腿建立了子模型，分析了结构的疲劳寿命，找到出现裂纹的原因，并进一步进行了裂纹扩展分析；理论计算结果和实际情况吻合较好，本文的方法具有重要的工程实际意义。最后，本文还对本课题的理论成果和实践意义进行了总结，提出了今后研究的方向，指出综合运用疲劳分析的有限元方法，对起重机金属结构进行疲劳分析才是全面和完整的，这应该成为未来起重机疲劳研究的发展方向之一。
作者：	杨天存
专业：	机械电子工程
导师：	龙靖宇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉科技大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文