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起重机结构安全性评价系统及基于有限元法的可靠性研究

作　者: 单海云
导　师: 刘刚；计三有
学　校: 武汉理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 起重机金属结构结构安全性评价结构可靠性分析有限元法 ANSYS 面向对象 Visual c++
分类号: TH21
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

起重机各部分结构是一个功能层次分级的有机系统，其中的一个环节出现问题，就可能导致整机的性能受到影响，甚至使起重机不能正常工作。起重机的金属结构是起重机的重要组成部分。并且，在起重机的故障诊断中，由于金属结构引起的故障占有相当大的比重，因此，对起重机的金属结构进行安全性评价的研究是非常必要的。而金属结构的可靠性也是影响结构安全性的一个非常重要的因素，所以在本文中对起重机的金属结构可靠性也进行了一些研究工作，实现了可靠性分析在有限元中的应用。本论文以港口起重机为研究对象，考虑影响起重机结构的各种因素，确定金属结构的技术状态，对其安全使用期限进行预测，并采用Visual C++6.0开发了一套主要针对装卸桥和门座起重机的安全性综合评价系统。此外，运用有限元分析软件ANSYS对一台龙门起重机进行可靠性分析。全文的总体结构如下：全文共分为7章，在第一章绪论中综合叙述了国内外对起重机结构安全性评价的研究和现状、未来的发展趋势和方向、机械可靠性的发展和应用以及本文的研究目的和意义，简单介绍了本文所做的工作。第二章主要阐述了起重机结构安全性评价的理论基础。在该章的第二节中，对起重机金属结构的裂纹形式和分类进行比较详细的描述，同时应用断裂力学的知识，推导出裂纹扩展速度公式，控制裂纹的进一步扩展。该章的第三节论述了起重机金属结构的重要技术性能指标，详细讨论了指标状态指数和权重，并提出了基于模糊数学的随机模糊法来进一步细化结构的状态指数和权重。根据结构的裂化指数评价结构的状态，并对结构的安全使用期限进行预测。第三章是开发起重机结构安全性评价系统软件的技术基础。简单介绍了面向对象的可视化技术和程序设计语言、Windows程序的消息和程序流程。在第二章和第三章的理论支撑基础上，第四章就是起重机结构安全性评价系统软件的实际应用实例，并对计算结果进行分析，确定起重机金属结构的使用状态。第五章对有限元的基本思想和有限元分析软件ANSYS进行了简单的介绍，同时也重点介绍了三种可靠性分析的方法：蒙特卡罗法、响应面法、基于敏武汉理工大学硕士学位论文感性的分析方法。第六章是有限元法在可靠性分析中的应用实例，以一台龙门起重机为例，详细描述了在有限元中进行可靠性分析的三个重要步骤:模型文件的生成、可靠性分析阶段、后处理和结果的提取，因此本文将理论与实践密切结合起来了。本文的最后一章对全文进行了总结，提出了几点在将来应当继续研究的问题。

全文目录

第1章绪论  10-20
  1.1 机械结构安全性评价的目的和意义  10-14
    1.1.1 金属结构的故障诊断发展概况  10-12
    1.1.2 起重机结构安全性评价的国内外研究现状  12-13
    1.1.3 课题研究的目的和意义  13-14
  1.2 机械结构的可靠性研究  14-18
    1.2.1 机械结构可靠性研究的发展概况  14-17
    1.2.2 可靠性在工程实际中的应用与发展  17-18
  1.3 本文的主要研究工作  18-20
第2章起重机结构安全性评价的理论基础  20-35
  2.1 概述  20-21
  2.2 起重机结构的裂纹控制和巡检周期预测  21-25
    2.2.1 起重机结构裂纹的形式及分类  21-22
    2.2.2 起重机结构裂纹的扩展速度研究  22-24
    2.2.3 起重机结构裂纹扩展控制  24-25
  2.3 基于模糊理论的起重机结构安全性评价  25-35
    2.3.1 起重机结构技术性能状态的主要指标  25-33
    2.3.2 起重机结构性能状态劣化指数的确定  33
    2.3.3 基于模糊理论的结构状态评价  33-34
    2.3.4 起重机结构的剩余安全使用寿命预测  34-35
第3章起重机结构安全性综合评价系统的开发  35-42
  3.1 面向对象的可视化技术  35-37
    3.1.1 面向对象技术的概念  35-36
    3.1.2 面向对象技术的程序设计语言  36-37
  3.2 Windows程序的组织结构  37-40
    3.2.1 单任务和多任务操作系统  37-38
    3.2.2 Windows消息  38-39
    3.2.3 Windows程序流程  39-40
  3.3 结构安全性评价系统软件的实现  40-41
    3.3.1 软件功能简介  40
    3.3.2 软件模块与系统构成  40-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章起重机结构安全性综合评价的实例应用  42-52
  4.1 概述  42
  4.2 主要技术参数及实例描述  42-43
  4.3 系统应用  43-50
  4.4 结果分析  50-52
第5章有限元法在结构可靠性中的应用  52-62
  5.1 有限元法简介  52-57
    5.1.1 有限元法的基本思想  52-53
    5.1.2 有限元法的发展概况及应用  53-56
    5.1.3 有限元分析软件ANSYS的简介  56-57
  5.2 结构可靠性分析方法  57-61
    5.2.1 结构可靠性的理论基础  57-58
    5.2.2 结构可靠性分析方法的基本思想  58-60
    5.2.3 ANSYS系统中提供的结构可靠性分析方法  60-61
  5.3 本章小结  61-62
第6章起重机结构的可靠性分析  62-73
  6.1 概述  62
  6.2 起重机具体情况介绍  62-63
    6.2.1 设计参数  62
    6.2.2 工作工况  62-63
    6.2.3 材料特性和单元选取  63
    6.2.4 约束及载荷  63
  6.3 起重机结构的有限元模型建立  63-67
    6.3.1 生成有限元分析模型文件  63-65
    6.3.2 可靠性分析阶段  65-66
    6.3.3 后处理和结果提取阶段  66-67
  6.4 起重机结构可靠性分析结果  67-73
第7章全文总结和展望  73-75
致谢  75-76
参考文献  76-79
攻读硕士学位期间发表的论文  79

起重机结构安全性评价系统及基于有限元法的可靠性研究

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