因起重机关键结构件主梁裂纹扩展而引起的起重机失效和断裂各类事故,一般会造成重大的人员伤亡和国家、公司财产的重大损失。而在各类起重机发生的事故中,冶金起重机排在第一位,所以冶金起重机关键结构主梁的裂纹研究对于员工的安全生产和减低财产损失等方面具有重要意义。在对冶金起重机关键结构主梁的裂纹研究中,通过有限元静力学分析能让设计者更好了解冶金起重机桥架结构以及关键结构主梁在载荷下的应力和受力变形的分布。从主梁制造焊接缺陷角度,找出裂纹萌生的原因。进一步的研究裂纹扩展,在易产生裂纹位置预制裂纹模拟裂纹生长的路径,评估裂纹扩展至临界尺寸所需要的时间周期。在整个课题研究内容中主要的工作有:(1)选用SolidWorks软件完成对冶金起重机主梁、端梁、以及副主梁三大部件的三维建模工作,并完成冶金起重机桥架结构的整体装配。正确建立起重机桥架、主梁有限元模型,选定单元类型、完成网格的划分、载荷类别以及工况条件。(2)基于ABAQUS软件静力学分析模块,通过分析该冶金起重机整体结构的变形和应力强度分布情况,确定关键研究对象为主梁结构件。分析该冶金起重机主梁预制上拱度有限元模型和通过预应力法矫正主梁上拱度下的有限元模型在各种工况下的静力学结果。并在预制上拱度主梁有限元分析中,加入上盖板由平板弯成弧板并贴合在主梁腹板上所产生的额外应力。(3)基于扩展有限元法(XFEM)研究该冶金起重机主梁在出现最大应力值的工况下,并考虑制造焊接的缺陷问题研究主梁裂纹萌生的原因。通过预制裂纹模拟出裂纹的扩展路径,再对应力强度因子K进行求解,绘制a-N曲线图。直观表达出应力循环次数N与裂纹长度a之间的关系,评估裂纹从萌生到裂纹临界尺寸的时间周期,评估起重机的安全使用期限。根据课题研究任务对该冶金起重机主梁进行了静力学分析,得到各工况下的等效应力和变形结果图,推断出裂纹萌生原因与主梁的制造焊接缺陷有关。完成裂纹扩展的动态模拟,并绘制裂纹扩展下应力循环次数与裂纹长度的a-N关系图,评估裂纹从初始裂纹0.5mm生长至临界尺寸59.1mm理想条件下需要19.4年。