抓斗挖泥船结构强度与疲劳性能分析

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目前随着边境贸易的发展和区域经济的不断增长,黑龙江水系的内河航运备受重视,保证航道通畅和安全也变得越来越重要。对于黑龙江上游某些河段存在的泥沙淤积、吃水较浅等问题,需要利用挖泥船进行清理航道,确保通航。抓斗挖泥船是一种结构相对简单、高效灵活的挖泥船,它利用甲板尾部的抓斗插入水底进行挖掘泥沙作业,适用于不同的航道条件,可以很好地完成航道疏浚任务。抓斗挖泥船在作业时,抓斗机要执行重复的下降、挖泥、举升、回转、卸载等动作,结构中会产生周期性的循环应力响应,经过一定的时间后,挖泥船的某些部分很容易产生疲劳裂纹甚至断裂,导致结构失效。因此必须要计算抓斗挖泥船的疲劳寿命,预报其安全使用的年限。本论文以某四方抓斗挖泥船实船项目为背景,首先明确抓斗挖泥船的工作状况并选取一个作业周期为研究目标,依此确定了计算工况。然后利用有限元软件MSC.Patran/Nastran建立了挖泥船三维模型,设置边界条件和约束,计算挖泥船在每一工况下的结构强度,并与规范中的许用应力值对比,发现全船的结构强度满足规范要求。通过对计算结果的分析发现应力集中现象存在于挖泥船某些部位,也即容易产生疲劳破坏的部位,在此区域选取节点作为疲劳寿命计算的校核点。接着对抓斗挖泥船进行挖掘工况和卸载工况下的瞬态响应计算,得到两个过程中的应力响应,并与静力计算的结果合并,得到校核点的应力载荷谱。最后,使用雨流计数法程序对校核点的载荷谱进行统计得到应力幅值、均值、频数信息,然后结合修正后的材料S-N曲线,应用Miner线性理论计算疲劳损伤度和疲劳寿命,计算结果表明抓斗挖泥船的疲劳寿命满足要求。
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