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国家863计划课题
集装箱自动码头装备及示范
2013/11/18 20:27:18

  岸桥是集装箱船舶与码头前沿之间装卸集装箱的主要设备,其装卸能力和工作效率直接决定码头的作业生产率。随着集装箱运输船舶的大型化,特别是超巴拿马船型的发展,使得岸桥的金属结构尺寸显著增大,高度普遍达到80 m,小车运行轨道长度可达130 m。作为岸桥主体的金属结构,重量可达1 000 t,占岸桥总重的70%以上,近年来,随着钢铁价格的不断上涨,岸桥金属结构成本在整机成本中所占比例逐渐增加,因此,对其进行轻量化设计有很大的经济意义。

 

  课题首在适当的简化和合理的假设下,用ANSYSAPDL语言建立了岸桥工作状态和非工作状态的有限元参数化模型对岸桥进行了模态分析,提取了前10阶固有频率和振型图,并对结果进行了分析。

岸桥有限元模型 桥第一阶模态

 

  其次,研究了岸桥受到的各种载荷及施加方法,在岸桥上施加两个方向的载荷,讨论了如何恰当选取计算工况和变形观测点,对岸桥在各个工况下的应力强度和变形进行了分析,确认岸桥金属结构有进一步优化的空间。

 岸桥应力云图   岸桥位移云图

 

  结合岸桥的特点,以岸桥金属结构部件的厚度为优化设计变量,提出了以强度、刚度和模态频率为约束条件,以金属结构单元的体积为目标函数的结构轻量化设计方法,利用ANSYS软件结构设计模块进行计算,在满足结构性能的前提下实现减重53.22吨,具有很大的经济意义。

 

  最后,考虑到岸桥的前后大梁是主要的受力部件,对前后大梁危险单元的应力时间历程用峰值计数法进行计数,利用绘制的简易S-N曲线计算各个应力下的疲劳循环数,结合Miner线性累计损伤理论,计算出前后大梁危险单元的疲劳寿命分别是45年和21年,考虑到施加的载荷是最危险的工况,所以计算结果偏保守。

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