基于BS5400的门座起重机疲劳分析

1BS400疲劳设计准则简介英国BS5400 Part 10的疲劳计算法则是对构件某点疲劳破坏的判断准则,该点在所有循环中的计算累计损坏值L不大于标准中所对应的试验理论累积损坏值K,即要求L≤K。L的计算通常采用Miner法则,

港口装卸

2 1年第 4期 (第 1 8期 ) 01总 9

基于 B 50 S4 0的门座起重机疲劳分析 武汉理工大学物流工程学院刘李刘翔伟赵章焰

月

B

1 B 4 0疲劳设计准则简介 S0 英国 B 5 0 at 0的疲劳计算法则是对构件 S 4 0P r 1 某点疲劳破坏的判断准则，点在所有循环中的计该 陆

大 至

侧

轨遁

海侧

方向 Z n r,

算累计损坏值不大于标准中所对应的试验理论累积损坏值，即要求≤ 的计算通常采用 Mie。 nr 法则，表达式为：其

图 1门机金属结构有限元模型

表中， X、 Y U U U、 Z分别为沿、, l z轴的位移自、 由度； O X、 O Y R T R T R T、 O Z分别为绕、,z轴的回 l、

L=> ( )×n。 式中，为第 i 个循环内应力变化的范围，容积方用法按应力谱确定；为疲劳计算指数， m它取决计算点 的连接形式， B 5 0 at 0中可以查到；在 S4 0P r 1 n为所

转自由度； 1为约束， 0为自由。

3门机疲劳分析 3 1载荷状态 .疲劳分析是按载荷情况，起重机械无风工作情 (况)来进行的。包括自重引起的静载荷 P,。疲劳载荷 P,,P还应考虑相应的动力系数。根据起重机载荷情况，劳载荷 P取为 0 8P (为额定载荷 )疲， .。 P。 3 2计算位置 .

计算的第 i循环中的发生次数。理论累计损坏个值可参阅 B 5 0 S 4 0标准。

2门机有限元模型的建立 本例中，门机的主要性能参数如下：定载荷为额

1,大/ 0 t最最小幅度为 3/ .起升机构工作 0 m 8 5 m,速度为 6 / i, 0m m n基距、距均为 1 .整机工作轨 0 5m, 级别为 A, 8整机利用级别为 u, 8载荷情况为 Q, 3整机自重为 2 7t材料全部采用 Q 3。 0, 2 5考虑到要分析结构的疲劳问题，在建立有限元模

将门机运行过程离散化，整个变幅角度为 0设， 将变幅过程离散为 m步 (括起始和最终位置，包起始位置为最大幅度，终位置为最小幅度 )整个回最； 转角度为 3 0,回转

过程离散为 n步 (括起始 6。将包和最终位置，起始位置为臂架在海侧时与主梁中心线的夹角，回转方向为逆时针方向 )。则变幅增量角△=0 (/ m一1, )回转增量角△=3 0/。在这 6。n里， m= n=8则门机的运行过程被离散为 3设 4,, 2个位置，每个位置对应于一个回转角和一个变幅角

型时选用了三维梁单元 B A 4 E M 4和集中质量单元 MA S 1 S 2。根据结构的受力特点，模型进行了必要对

的简化和合理的假设，建立了既有利于有限元分析计 算，能较为真实地反映其实际工作状况的分析模又型。门机的运行过程分为起升、回转和变幅。对门机

变幅过程和回转过程进行了参数化建模。其中，幅变 过程的参数化利用了四连杆机构的特点，回转过程而

的组合。门机的计算位置见表 2。 表 2 f疲劳位置分析 3机 I O t

的参数化则利用了 A S S软件的局部坐标法。 NY 根据实际情况，门机大车运行机构支撑轮位置在施加约束，支撑轮所在位置简化的 4个节点，图 1见。 ① 0

Ⅱ +△

m +2 A

Ⅳ O l+3A

1

2

3

4

②③④ ⑤⑥⑦ (

△B J 2口△ 3[ a 3 4△ 5△ 6口△ 7口△

5 9 l 3 1 7 2 l 2 5 2 9

6 l 0 1 4 1 8 2 2 2 6 3 0

7 l 1 l 5 l 9 2 3 2 7 3l

8 l 2 1 6 2 O 2 4 2 8 3 2

A、 C、 B、 D 4点的约束情况见表 1。 表 1支撑轮约束情况 UX UY Uz RoTx RoTY ROTz

表中，/最大幅度时臂架与水平线的夹角。 O为 2 7

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