《016_桥式起重机有限元分析和疲劳寿命研究.》.pdf

桥式起重机有限元分析和疲劳寿命研究 [周诗洋] [武汉科技大学，430081] [ 摘 要 ] 以某180t×24.85m 冶金桥式起重机为对象，应用有限元分析软件ANSYS 研究桥架的变形和 应力分布状态，并与现场测试结果进行对比分析。结果表明，该起重机的最大挠度、静态Von Mises 等效应力和第一阶固有频率均符合起重机设计规范要求。应用有限元分析和损伤容限设 计对起重机裂纹的疲劳寿命进行研究，其分析数据可为起重机的日常维护检修和安全评估提供 参考。 [ 关键词 ] 冶金桥式起重机；有限元分析；疲劳寿命 Research on Finite Element and Fatigue Life of Overhead Traveling Crane [Zhou Shiyang] [Wuhan University of Science and Technology,430081] [ Abstract ] Finite element analysis and field test are carried out of the deformation and stress distribution of the bridge structure of a certain 180t, 24.85m metallurgical crane by means of ANSYS, a software. It is found that the maximum flexibility, static Von Mises equivalent stress, and natural vibration frequency of first step of crane conform to design specifications. Research and analysis about fatigue life of crack are executed by adopting damage tolerance design. The analysis results provide a certain reference for routine maintenance, inspection and safe evaluation of crane. [ Keyword ] Metallurgical overhead traveling crane; Finite element analysis; Fatigue life. 武钢股份有限公司条材总厂一炼钢分厂精炼跨某180t×24.85m 冶金桥式起重机是由 原160t×24.85m 脱锭起重机改造而成，已经使用了20 多年。当前，我国对起重机的报废年 限还没有强制性的要求，同时由于冶金起重机的造价较高，许多起重机已经达到甚至超过 了设计使用年限，却仍然还在使用，这就造成了很大的安全隐患。冶金起重机是钢铁厂最 主要的设备之一，在其频繁使用过程中，其结构强度，疲劳强度，可靠性和安全性水平均 随着使用年限的增加而逐步降低。特别是起重机在循环往复的交变载荷的作用下，其金属 结构可能出现裂纹并发生扩展，导致金属结构的突然断裂破坏。因此，对服役周期长，负 荷量大和使用频率高的冶金起重机进行应力测试和疲劳寿命研究十分必要。如果采用传统 的力学计算方法对桥式起重机的桥架进行计算，往往需要简化或估计相关参数，势必造成 计算结果的不准确。为此，本文应用有限元分析软件ANSYS 对桥架的静态特性，动态特 性和疲劳寿命进行模拟，并与现场测试结果进行对比分析，以期为起重机的结构设计优化 和疲劳寿命预估提供参考。 目前，对起重机金属结构的疲劳寿命的研究已经比较成熟，其中广泛使用的方法有名 义应力有限寿命设计法，局部应力应变分析法和损伤容限设计。名义应力有限寿命设计法 和局部应力应变分析法都是以材料内部没有缺陷或裂纹为前提条件