02大型港口机械战略维修

大型港口机械战略维修IntroductionofStrategicRectificationServicesg上海海事大学SMU2016SMU2016Importanceofportcranestructure港起重机结构重要性港口起重机结构重要性Portcranessubjecttoheavyduties,e.g.heavyloads,highspeed,longit港口起重机承受重载高速工作制繁重设计寿命长persistence.港口起重机承受重载、高速，工作制繁重，设计寿命长Oncethestructurefailure,itwillaffectstheavailabilityorcausescatastrophicaccidentandsuffertremendousloss.使用一定年限后容易发生刚度或疲劳失效，并会引起严重事故和巨大人身财产损失。2Whyprematurestructurefailurehappened结构早期失效主要原因结构早期失效主要原因Usually,thedesignlifeforportcranestructureismorethan20years.Formostfidtthfilidthithithdiliftl通ofaccidents,thefailureaccidentshappenswithinthedesignlifeprematurely.通常，起重机设计寿命在20年以上，然而很多情况下，起重机结构在设计工作年限内就会发生早期失效Thecommontypeofstructurefailure（早期失效常见形式）:-Intensiveswing刚度变差，晃动过大Intensiveswing刚度变差，晃动过大-Abnormaldeformationorvibration挠度、振动冲击异常-Membercrack,corrosionorfracture疲劳裂纹产生甚至断裂、腐蚀Reasonsforprematurefailure（早期失效常见原因）:-PoorManufacturingquality制造厂工艺水平有限PoorManufacturingquality制造厂工艺水平有限-Designfault设计问题-Impropriatedoperate不合理操作-Unexpectedaccident船或起重机碰撞事故3结构早期失效形式Commontypeofprematurefailure结构早期失效形式门框横梁4结构早期失效形式Commontypeofprematurefailure结构早期失效形式拉杆5早期失效类型Commontypeofprematurefailure早期失效类型大车结构6早期失效类型Commontypeofprematurefailure早期失效类型轨道7Howtopreventaccidentcausedby战略预防结构失效常规措施structurefailure战略预防结构失效常规措施Maintenanceandinspectionplaysakeyroletopreventaccident.最基本的，定期检验测试以及维保是必不可少的期检验、测试以及维保是必不可少的Fatiguedamageandstiffnessdecreasearethemostcommontypeofstructuralfailure.Fatiguedamagefailureisbrittleandsuddenandwithoutwarning.疲劳损坏与刚度减弱是结构失效最常见的形式Periodicinspectionisessentialtomaintaindesirablereliability,prematurefatiguecrackwilloccurandcanbecatastrophicifnotproperlyrepaired,gpppypespeciallyFCM(Fracturecriticalmember).为使疲劳可靠度与刚度可靠度维持在较高的水平，必须进行周期性检查，并修复发现的裂纹等问题。8解决方案Morethaninspection解决方案AregularinspectionplanwillincludeaseriousitemssuchasNDT,structuraltthtiffftiibtittt包含无损探伤结构强度刚度strength,stiffness,fatigue,vibrationtest,etc…包含无损探伤，结构强度、刚度、疲劳，振动在内的常规检测工作Butmorequestionwillberaised（我们在思考更深入的问题）:-Howtorepairthedefectproperly（如何从根本上修复发现的问题）?Whatifthefailureoccuragaininuncertainfuture（怎样确保规定时间内不再-Whatifthefailureoccuragaininuncertainfuture（怎样确保规定时间内不再发生同样问题）?-Whatistheremaininglifetimeofthestructure（如何估算结构剩余寿命）?-Isitpossibletoextendthelifetimeofthestructure（怎样可靠地延长设备寿命）?Wecouldprovidesolutionsforallabovequestions（我们的解决方案可以应对上述左右问题）.9载荷谱载荷谱图作为时间函数的应力在个应力循环时间内的变程图1作为时间函数的应力在5个应力循环时间内的变程载荷谱载荷谱测试仅是少数点获得测试载荷谱获得测试载荷谱计算载荷谱是整个机器的载荷谱通过对比测试载荷谱和计算载荷谱，从而获得战略维修的理论依据图2蠕变断裂和持久断裂的示意图滞回曲线滞回曲线图3包辛格效应示意图图4循环应力应变曲线和滞后环曲线图3包辛格效应示意图图4循环应力应变曲线和滞后环曲线刚度退化刚度退化图5剩余强度退化规律图5剩余强度退化规律Thestrategicrectification战略检测与维修战略检测与维修Toeliminatetherootcauseofthefailure,thecomprehensiveanalysiswillilditdtlltidFEli通过现场检测与设计的includeon-sitesurvey,datacollecting,andFEanalysis.通过现场检测与设计的载荷谱进行一一对应，找出载荷谱的差异，然后用现场测试的载荷谱变换成计算的外载荷，与设计的外载荷进行比较分析。找出与设计的差异。Aftertheanalysis,thesurveyreportwillshowstheweaknessofthestructureandtheremaininglifebycalculation.通过有限元模型与现场检测综合分析，找gy到结构相对薄弱的地方，并针对相对薄弱部位计算剩余寿命ConsideringthefeasibilitycostandtheengineeringperiodanoptimisticConsideringthefeasibility,costandtheengineeringperiod,anoptimisticstrategicrectificationplanwillbecarriedouttorepairandenhancethereliabilityofthestructure.综合考虑维修改造可行性，项目成本与时间周期，给出战略维修改造方案，有效提高结构疲劳与刚度可靠度。改造方案，有效提高结构疲劳与刚度可靠度。Thestrategicrectificationwillextendlifetimeingoodconditionforspecificiddtil战略维修将使设备恢复至新机阶段的良好运行状态并periodunderpracticalusage.战略维修将使设备恢复至新机阶段的良好运行状态，并有效延长设备使用寿命。15案列研究案列研究CasestudyBackground项目背景The1200t/hshipunloaderstartedoperationin1997.某1200t/h卸船机自1997年开始服役Operatorreportedtheppdeflectionintrolleytraveldirectionincreasingin2010.2010年，用户反映卸船机小车方向晃动剧烈，无法正常作业TUVNORDisassignedtocarryoutinspectionandypstrategicrectificationservicetothecrane.TUVNORD受用户委托对设备结构状态进行评16估分析案例研究Casestudy案例研究Step1.Pre-inspectionstudy检测前的有限元分析Collecthistoryusagetogenerateloadspectrumsbasedonvesseloperations,trolleyloadsandthenumberofoperatingcycles.收集设备设计资料及历史使用情况GenerateaFEmodelbasedonstructuraldrawingsandapplytheloadspectrumstofindtheweakpointofthestructure.建立有限元模型完成结构分析CarryoutadetailedtargetinginspectionplanconsideringtheFEanalysisresult.结合有17限元分析，确定了详细检测方案案例研究案例研究CasestudyStep1.Pre-inspectionstudy预研究18CCasestudyStep2.On-siteinspection现场检测Theon-siteinspectionincludingNDT,structuralstrength,stiffness,vibrationandetc…现场全面检测，包括无损探伤，应力，变形，振等动等。Theengineertakephotosandcollectalltestdataundertheguildofinspectionplan.根据检测方案，收集现场测试数据Aftercomprehensivepinspection,thetestreportwillbeissuedforreference.整理分析测试数据19案例维修案例维修CasestudyStep2.On-siteinspection现场检测20案例研究案例研究CasestudyStep3.Comprehensiveanalysis检测后综合分析Thereportofon-siteinspectionisusedtoevaluatethecorrectnessofFEmodelandtheloadspectrums.完成测试数据整理分析，并根据现场收集数据确定典型作业工况下的载荷谱，再次进行有限元分析Thecrackswerefoundonthehighstressarea.测试发现裂纹，与计算结果吻合ThestructurefailuresimulatedThestructurefailuresimulatedinFEmodelmetupwiththedeformationmeasuredonsite.测试发现小车运行方向刚21测试发现小车行方向刚度差，与计算结果吻合案例研究案例研究CasestudyStep4.Carryoutrectificationsolution战略维修改造方案Basedontherootcauseofthefailure,arectificationdesignisraisedtorepairandenhancethestructure.p