基于刚柔耦合的造船门式起重机吊物碰撞柔性支腿的事故再现仿真.pdf

甚于刚柔耦合的造船门式起重机
吊物碰撞性攴腿的事敬再现忼真
马峰陈忠曹志皓
江苏省特种设备安全监督检验研究院常州分院常州213016
摘要:基于刚柔耦合技术,鉴于吊物碰撞柔性支腿事故案例,将柔性支腿柔性化,建立了刚柔耦合模型,
进行了事故再现的动力学仿真,得到了仿真过程中柔性支腿的应力变化云图,并对其不同部位进行应力检测,
得到了较大应力点的位置和应力值,确定了结构危险应力部位,并以此作为观测点进行实时观察,为造船门式
起重机碰撞安全评估技术研究提供数据支撑。
关键词:刚柔耦合;造船门式起重机;碰撞;事故再现
中图分类号:TYH213.5文献标识码:A文章编号:1001-0785(2013)11-0095-04
Abstract Based on rigid-flexible coupling technology, aiming at accident cases of collision to the flexible leg by ob
jects, the flexible leg is softened. The rigid-flexible coupling model is built, for dynamic simulation of accident reoccur-
rence, in order to figure out the vibration of stresses chart of the flexible leg during simulation process. The stress test
performed for different parts to figure out the location with large stress point and stress value, and determine dangerous
stress position as the monitoring point for the purpose of real-time observation, The results provide data support for technolo
gy research on the evaluation for collision safety of ship-buildir
antry cranes
Keywords rigid-flexible coupling; ship-building gantry crane; collision; accident reoccurrence
0引言
( Restitution)和冲击函数法2种。相对而言,前者
的参数更难准确设置,所以更多是选用后者来计
造船门式起重机(以下简称门机)具有结构算碰撞力。冲击函数法是根据 impact函数来计算2
复杂、起重量大、工作环境恶劣等特点,在使用个构件之间的碰撞力,碰撞力由2个部分组成:
过程中极容易发生事故,且发生事故的后果极为
个是由于2个构件之间的相互切入而产生的弹
严重叫。2010年,某造船厂在吊装重物的过程中,性力;另一个是由于相对速度产生的阻尼力
II
由于操作不当,吊物在风力作用下沿主梁横向移pact函数的一般表达式为
动,碰撞柔性支腿内侧,柔性支腿瞬间受到强烈
go-g)°-cm?(dg/dr)?step(q,qo
冲击振动,出现疲劳断裂并使整机倒塌,事故造 F_impact={-d,1,,0
成1死1伤?。目前,国内关于门机碰撞的研究
主要处于事故防范措施和理论分析阶段,文献
(1)
3]只从理论的角度探讨分析了门机碰撞状态的
式中:q为2物体间的实际距离;qo为2物体
确定、碰撞后吊具的运动,尚未对碰撞过程做详碰撞的触发距离;dlg/dr为2物体间距离随时间的
细分析。本文鉴于事故案例,利用虚拟现实技术变化率,即速度;k为刚度系数;e为碰撞指数;
对门机吊物碰撞柔性支腿事故进行了再现仿真,cm为最大阻尼系数;d为阻尼完全起作用的距离,
分析了碰撞过程中碰撞力、应力的变化情况,为它决定了阻尼力何时达到最大。
造船门式起重机碰撞安全技术的研究提供依据。
对 ADAMS碰撞力定义的分析表明,碰撞接触
1碰撞理论
力仿真需要确定刚度系数、碰撞指数、阻尼系数
和阻尼系数达到最大所要经过的距离d。但如果想
在 ADAMS中,定义碰撞力的方法有补偿法得到比较精确的结果,仅对这些参数进行分析设
《起重运翰机樾》2013(11
95
置是不够的,因为在 ADAMS中采用碰撞判断准则支腿端,6级风力(q=250Nm3),側向风压,风
和碰撞动力学模型求解动力学方程组时,求解器向平行于主梁,满载150t,大车静止,吊物与柔
是将碰撞力并入广义力矩阵中求解的。而在AD-性支腿设置接触碰撞约束,小车吊重物以额定运
AMS中求解动力学问题需要对多个参数进行设置,行速度20m/min沿风速方向碰撞柔性支腿。
如积分器设置、积分格式设置和积分误差设2.3刚柔耦合事故再现结果分析
置等。
吊物碰撞柔性支腿,从小车以额定速度逐渐
2吊物破撞柔性支腿事故刚柔耦合再现仿真过程中、吊物与柔性支的碰力如图2所示,
2.1门机刚柔耦合模型
由图得到,吊物与柔性支腿发生连续的多次碰撞,
针对某工厂300t43mA型双梁门式起重机碰撞时产生较大的碰撞力,最大达到8.28×10°N。
为研究对象,采用整机建模和局部建模的方式,
90x10°
遵循结构简化原则以及结合部件特性参数的融合
8.0x10°
7.0x10°
技术,建立门机的三维几何模型,利用轴套力建
そ60x10°
模法和编制相应CMD命令文件建立钢丝绳模型。
50x10°
0x10°
选用 Solid45单元模拟柔性支腿的金属结构,
3.0x10°
2.0x10
采用手工结合自由刘分的网格划分方式,在边界
1.0×1
0°
0
区域以及精度条件不高的区域使用自由网格刘分。
10
3.0
40
6.0
由于模型的部分区域存在相贯线等,必须采用手
时间/s
动划分单元,通过控制单元尺寸进行网格划分,
图2吊物与柔性支腿碰撞力曲线
以减少奇异单元的数量。
在柔性体与刚性体的连接处必须存在节点,
柔性支腿的应力云图如图3所示,由图得到,
此节点在 ADAMS中将作为外部节点使用,如果在在运行的整个过程中,柔性支腿的最大应力值为
连接处为空洞,则需在此处创建一个刚性节点。211MPa<[o]=230MPa,虽然结构设计仍满足
本文选用Beam4单元模拟主节点和刚柔接触面上要求,但比较接近,整机有失稳倾覆的可能性,
所有从节点的连接。生成的门机的刚柔耦合模型柔性支腿也有可能会疲劳产生裂纹。
见图1
Von Mises Stress(Mpa)
211.2015
168.9612
147.841
1267209
84
4806
柔性体)
63.3604
42.2403
3.8051E-012
图3柔性支腿的应力云图
1.主梁2.刚性支腿3.大车4.柔性支腿
5.钢丝绳6.小车
各个节点的位置、应力值、相应的节点坐标、
图1门机