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在转载平台面板设计中应用塑性理论的探讨 滕媛媛董达善梅潇 上海海事大学 上海200135 摘要：文章以极限状态为设计准则，丿“用级性设计理论探讨双小车岸边集装箱起重机上转载平台面板的设 计。对于冲击动力学问题，依据能量法进行了理论推导，并有锁销跌落试验验证，嚴后在ANSYS/LS-DYNA 环境屮仿真模拟，三者结合证明了所得结果的正确性。考虑到实际情况和设计规范的限制和要求，提出合 理设计，其方法和思路可供类似设计问题借鉴。 关键词：极限状态；册性设计；跌落试验；ANSYS/LS?DYNA仿真 0.引言 近年来，科技的发展推动了港口起重机技术的进步，随着集装箱运输船舶的大型化、船 公司对港口集装箱装卸作业效率要求的提高以及越来越多自动化码头的建成，双小车岸边集 图1双小车岸边集装箱起重机装箱起重机也应运而牛，它突破仅仅依靠通 过提高起升和运行机构速度来提高岸边集装 箱起重机装卸效率的传统思路，借助转载平 台（如图1所示），将常规由一个小车完成 的集装箱作业循环，经由转载平台分配给海 侧小车和陆侧小车分别承担，使相邻的作业 循环部分并行，从而提高单机的集装箱装卸作业效率，并且能够使司机与小车分离，减轻了 图1双小车岸边集装箱起重机 转载平台的结构功能为：应能承受止常使用可能出现的各种施加在结构上的载荷，以及 引起结构的变形；在偶然事件（集装箱锁销高空跌落、带冲击满载集装箱的作用等）发牛吋 和发生后，仍能保持必需的防护功能（保护地面人、车免受损伤），但转载平台允许有限度 的损伤。 转载平台的结构如图2所示，其小主梁作为其主要承载结构，受力大，频率高，且为脉 动力，需考虑疲劳问题，如损坏更换并不方便和经济，因此设计时沿用弹性理论。 图2转载平台结构示意图 图2转载平台结构示意图 能量法计算受冲薄板塑性应变能 根据标书要求，一?个6kg的集装箱锁销从10in高空落跌落至转载平台上的任何一处，均 不能使平台破损。这里的“破损”指不允许锁销冲破钢板，危及地面上的人、车。 材料为 Q345, a = 345MPa , cr/; = 550MPa , E = 2O5GPtz, ￡b = 22% 板小受垂直冲击载荷，板的破坏以同心圆的形式向外辐射，所以以圆板的形式來代替方 板，不会产生大的误差，并且能够利用轴对称条件，使计算简便。由于是薄板，在厚度方向 应力和应变不存在梯度，为平面应力问题。 总应变能E“为 Ep = [ [ + O■屛 ）]dV （ 1） 式屮〃耳、d匂分别为径向和环向应变增量，r和0为径向和环向坐标，V表示薄板体积。 设薄板的任一点没有面内的位移，仅有垂直方向的位移， . _ r 一? dr _ 即挠度又是轴对称变形，所以同一圆周上点的挠度都是相 ° 叭逆「+竽d 同的（如图3） o则有: 图3板的变形 ds-dr (2) 图4弹塑性拉伸曲线塑性范围内的应力应变关系:"$=?；■七（6+u 勺）[f(4)式屮匂= 图4弹塑性拉伸曲线 塑性范围内的应力应变关系: "$=?；■七（6+u 勺）[f (4) 式屮匂=0,将（4）改写为将（5）式代入（1）式得 Et （ 、b〃一込.=~ （勺+叫） 勺=6 + eql-u2 (5) —小"+晶1仙 (6) 6=o 对于线性破化材料，7和耳之间有下面关系： cr = o■+ E.sr （3） 式屮，如图4所示，&是塑性段的切线模量，乡为材料发 生破坏吋达到的最大伸长率，7是屈服应力。 板在弹性范I韦I内变形菲常小，因此可假设总应变能近似等 于塑性应变能。 其中dV = 2/rrtdr ,上式可改写为 Ep fR =27itcrs I srrdr + 7TtEt (1—/) 高度h (m)测量点厂（mm）wr (mm)锁销（6kg）（如图6） 高度h (m) 测量点厂（mm） wr (mm) 锁销（6kg） （如图6） 10 13 -31 15 13 -34 20 13 -36 铅球(7kg) 20 13 -46 表格1实验数据（如图5） 图6锁销不意图 图5试验挠曲线图 图7受冲击钢板的位移变形图 图8测量处挠度与冲击高度关 系实验数据拟合图 锁销跌落实验及挠度曲线拟合 为了观察板受冲击的变形情况，确定挠度曲线，用6kg锁销分别从10m. 15m. 20m作 自由落体，冲击四边简支的2mm板，由于实验装置的高度有限, 20m高度吋钢板仍未被冲破。 设板刚好冲破时挠度与半径关系（如图7） vv（r） = %€一"' （8） 其屮％为冲击屮心的最大位移，mm； a为待定系数，mm'1 由实验数据拟合（如图8）,获得挠度曲线 w（厂）=_5（）.725严 （9） 代入（2）式和（7）式，可求得总应变能根据能量守 恒原理，重力势能全部转化为总应变能，可得到 板厚 t = 1.0674