移动式港口起重机臂架疲劳寿命评估研究
周春海
南京理工大学
起重电机专业生产厂家无锡宏达2022年4月8日讯 移动式港口起重机在港口货物运输中扮演着不可或缺的角色,圆管焊接桁架式臂架作为移动式港口起重机的重要组成部分,其疲劳寿命在很大程度上决定了移动式港口起重机的使用年限,因而对其进行疲劳寿命评估具有重要意义。本文以MHC105移动式港口起重机臂架为研究对象,利用现代虚拟样机技术结合疲劳基础理论,对其进行了疲劳寿命预测评估。
首先,在ANSYS中建立了臂架的有限元模型并对最大最小幅度两种极限工况进行了有限元分析。通过静应力分析,校核了臂架在极限工况下的强度与刚度并输出了应力结果文件;通过自由模态分析,得到了臂架前六阶非零固有频率与模态振型以及臂架模态中性文件,并对臂架结构的动态特性进行了研究。
然后,在ADAMS中对起重机臂架进行了刚柔耦合动力学仿真。利用臂架的模态中性文件在ADAMS中生成了臂架的柔性体,通过刚柔替换建立了起重机刚柔耦合动力学仿真模型,设置变幅、回转、起升驱动,仿真输出了臂架疲劳分析所需的各阶模态对应的载荷时间历程文件。
最后,利用n Code Design Life对臂架进行了疲劳寿命评估。依据臂架材料疲劳特性参数,建立了臂架材料的S-N曲线;在n Code中建立了疲劳分析五框图,导入有限元应力结果文件与载荷时间历程文件并建立映射关系,仿真计算得到臂架最小疲劳寿命为17.95年,并根据疲劳寿命分析结果对臂架结构进行了抗疲劳优化,与优化前相比疲劳寿命提高了20%。
本文的研究成果为移动式港口起重机臂架结构乃至起重机整机的抗疲劳设计与优化提供了一定的参考。
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