基于ansys软件的门式起重机金属结构的参数化设计及疲劳寿命分析

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要门式起重机是露天站场的主型装卸机械，其U型金属结构受力状态好，过腿空间大，是集装箱门式起重机的首选结构型式。但门式起重机的工程设计过程复杂而艰涩，常常需要对同一类型但不同规格的起重机械设计做大量的相似或重复工作。设计人员在建立起重机有限元模型上需要花费大量的精力，导致设计周期很长，严重制约了起重机更新换代的速度。另外，在起重机结构设计中主要校核其强度和刚度，疲劳因素考虑很少，且方法复杂，而事实上疲劳破坏作为起重机械金属结构的主要破坏形式之一，决定了起重机的使用寿命。针对以上情况，本论文在研究了参数化设计理论、有限元分析方法及机械结构疲劳寿命预测

2、等理论和方法的基础上，以面向对象的程序设计软件VisualBasic为平台，运用参数化技术和有限元分析软件ANSYS对U型门式起重机金属结构开展参数化设计系统的研究和开发；并以ANSYS软件为辅助工具，运用帕里斯(Pads)公式积分计算出门架结构疲劳裂纹的扩展寿命。本论文主要内容：(1)根据大量算例和工程经验的基础上，从门机结构有限元分析常用的单元出发，讨论了如何建立合理的门机结构有限元模型，以及门式起重机有限元分析中的模型处理技巧和简化规则。(2)以参数化技术为理论基础，基于ANSYS二次开发语言APDL建立了U型门式起重机的参数化通用有限元结构模型。(3)利用VB开发GUI界面的

3、便捷性，研究开发了U型门式起重机金属结构参数化有限元分析系统，实现了快速建模和确定工况下计算分析等过程，为设计研发人员提供了快速简便的门架结构计算分析实用平台。并以某U型门式起重机为例，论证了软件的实用价值。(4)借鉴前人的实验数据和研究成果，运用ANSYS软件中的子模型技术和应力强度因子模块计算出裂纹在特定工况和特定长度下的应力强度因子，结合帕里斯(Paris)公式积分计算出门架结构疲劳裂纹扩展寿命，为门式起重机疲劳寿命估算提供了实用的新方法。关键词：门式重机；参数化设计；有限元方法；疲劳寿命；裂纹扩展西南交通大学硕士研究生学位论文第n页AbstractGantrycraneist

4、hemainhandlingmachineryintheopen—aircontaineryard，theU．shapemetalstructureofgantrycraneisthepreferredone，becauseofitsgoodforcestateandlargespacebetweenthelegs．Butthedesignprocessofgantrycranesisverycomplexandobscure．Actually,manysimilarorduplicateworkshavebeendoneincranesdesignofthesametypebutd

5、ifferentspecifications．So，engineersneedtospendSOmuchtimeonbuildingthefiniteenlementmodelsofcranesthatdelaythedesigningcycleandtheupdatespeedofcraneseverely．Inaddition，thestructuraldesignofcranesmainlycheckthestrengthandstiffness，thefatigueisalmostnotconsidered，andthecaculationmethodsoffatigueli

6、feareverytanglesome．Infact，thefatiguefailureofliftingappliances’metalstructureistheoneofmaindamageformswhichdeterminesthelifeofacrane．Thus，basedonsummingupthetheoryandmethodofparametricdesigntheory,finiteelementmethod，fatiguelifetheoryandSOon，wedevelopedandresearchedtheparametricdesignsystemofc

7、ranes’structurebasedontheprogrammingdesignsoftware—VisualBasicandFEMsimulationsoftware．ANSYS．ThenParisformulaiSusedtocalculatingextendedlifeoffatiguecrackofcranestructurewithANSYS’Sauxiliary．Thisthesismainlydiscussedasfollows：firs