英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
风荷载对集装箱起重机稳定性的影响实验分析
Seong Wook Lee a , Jae Joon Shim b , Dong Seop Han c , Geun Jo Han d , Kwon Soon Lee e,
摘要
本研究旨在分析风荷载对采用风洞试验的50吨集装箱起重机的 稳定性的影响。 进行实验以便为设计者提供可用于设计具有风阻力的集装箱起重机的数据，假设施加的风荷载为75m / s速度。 根据与缩小比例模型的相似性建立该实验的数据获取条件。 集装箱起重机模型的规模，风速和时间分别选择为1/200，1 / 13.3和1/15，并且使用具有11.52m 2的埃菲尔型大气边界层风洞进行实验 横截面面积。 研究了所有定向阻力和翻转力矩系数，并分析了在每个支撑点由于风荷载的抬升力。
1.引言
集装箱起重机易受恶劣天气条件的影响，因为没有屏蔽设施来保护他们免受大风。 在当前使用的集装箱起重机在收起模式（即，当吊杆已经升高时）可以达到100m的最大高度。因此，它们可以容易地受到风载荷的影响，特别是在台风“Maemi”突然发生的情况下，其中共有11台集装箱起重机因大量风荷载而损坏，给韩国物流业造成重大损失。因此，在任何负载条件下，对于集装箱起重机设计，风荷载可以被认为是最重要的因素。 例如，风荷载不仅用于分析集装箱起重机的每个部件的结构强度，而且还用于装载设备（系固件，装载销和导轨夹具等）的设计以防止集装箱起重机翻倒 （例如Han et al——2004）。
为了准确计算施加到集装箱起重机的风载荷，必须进行基本设计试验和风洞试验。 这些测试由韩国集装箱起重机制造商分为两个阶段。基本设计测试在内部使用“BS2573”标准执行。 然而，对于风洞试验，使用由外国咨询委员会提供的数据。不幸的是，这种做法导致集装箱起重机降低结构可靠性，因为由外国咨询委员会建立的风洞试验模型参数不同于国内生产的集装箱起重机所需的。
因此，应为集装箱起重机设计者提供国内生产型号的风洞试验结果，以便能够设计和实施更加适合韩国天气条件的防风容器起重机。 因此，在本研究中，我们旨在根据风向和机械房屋位置的变化对在韩国广泛使用的一种类型的泊位的50吨集装箱起重机的结构稳定性使用风洞试验分析风荷载的影响。
2.风洞试验
2.1风速和风特性的设计
在这项研究中，风洞试验是在75 m / s速度的风荷载作用于集装箱起重机的假设下进行的。 平均风速根据高度符合道路桥的设计标准（韩国政府建设和运输部，2000），湍流强度和风速谱符合建筑结构荷载标准（建筑和交通部 韩国政府，2000年）。 由于集装箱起重机通常安装在海岸线上，地形粗糙度类别被选择为用于风洞试验的边界层中的暴露I（道路桥梁的设计标准）和暴露D（建筑结构的载荷标准）。图1示出了平均风速和湍流强度的垂直分布，以及图2是在64m高度（风洞试验模型中为32cm）处的风速谱，其是图1所示的集装箱起重机的顶梁位置。
图1.平均风速和湍流强度的垂直分布 图2.风洞中32cm高度处的风速谱
2.2实验设施和测量设备
用于测量风荷载的风洞是现代建筑技术研究所的一个Eiffel型大气边界层风洞。 总长度为53mu;m，测量部的尺寸为4.5mu;m（宽）times;2.5m（高）times;25m（长）。 风速范围为0.3〜17.5 m / s，湍流强度小于0.7％。 图3示出了风洞的几何布局（例如Jang等人1997）。
本实验中使用的测量设备如下：
·6分量称重传感器：LMC-6524-10S（NEW）
·热线风速计：1008型（KANOMAX）
·数字微压力计：DP-20A（Okano）
·动态应变放大器：DSA-100（新）
·低通滤波器：9B02（NEC）
·数字气压计：BN60705（S.I.）
图3.边界层风洞
2.3实验模型
本实验中使用的风洞试验模型如图4所示。包括广泛应用于韩国泊位的集装箱起重机的1/200缩小比例模型。原始起重机具有50吨起重能力，重890吨，有51米的延伸距离。地面高度为40米，起重臂高度可以达到100米（例如Hanjin Heavy工业＆Construction Co.Ltd。，2000，HHIC）。比例模型在城市建筑模型（Urban Architectural Models）构建，这是一家专门生产建筑结构和风洞试验模型的韩国制造商。需要两个月来以550万韩元的生产成本构建模型。用于比例模型的材料是轻木。为了增加模型的固有频率，它被构造为轻和刚硬。为了获得风洞试验的可靠结果，不仅将集装箱起重机的主要结构构造为比例模型，而且模型的许多细节部分，例如，楼梯，栏杆等。然而，在大梁的情况下，分析风的影响，根据机械房位置的变化负荷，消除了栏杆以便沿着梁移动机械房。
机械房屋占起重机总重量的约15％。 因此，为了评估集装箱起重机在机械房屋位置的稳定性，我们安装了一个代表性的机械房，以检查三种具体情况：情况3：D = 6 m（型号30 mm）; 情况2：D = 13m（型号为65mm）; 和情况1：D = 33m（模型中为165mm），其中D表示机械房屋与大梁，吊杆和支腿的交叉点的距离。
图4.用于风洞试验的集装箱起重机型号
2.4实验过程
实验过程如下：首先，在风洞中模拟边界层代表75 m / s（最快速度）的设计风速和海岸线地形粗糙度类别。 集装箱起重机的缩小比例（1/200）型号安装在6分量称重传感器的顶部。 然后，对于机械室位于陆侧腿外侧的情况1，测量相对于风荷载的入射角的变化的每个方向性阻力和倾覆力矩系数。在这一点上，由于集装箱起重机是对称模型，所以从0度到180度以10度间隔测量数据。
在替代情况下，其中机械房移动到海侧腿，风荷载系数通过相同的实验过程测量。 使用这些结果，计算施加到集装箱起重机的风载荷和倾覆力矩以及在每个支撑点处的上举力。
图5给出了集装箱起重机模型风洞试验的流程图，风荷载入射角的定义如图6所示。
图 5.集装箱起重机风洞试验流程图 图 6.风荷载入射角的定义
该实验的数据采集条件由以下参数组成
·型号：1/200
·风速标尺：1 / 13.3
- 设计风速：75 m / s（64 m高）
- 风洞试验速度：5.6m / s（在32cm高度）
·时间刻度：1/15
- 实际时间：600秒
- 风洞测试时间：40秒
·定标频率：120 Hz
·测量次数：10次
·数据总数：120Hztimes;40秒times;10次= 48000EA / ch
- 结果和讨论
3.1平均风荷载系数
使用方程 （1）〜（4），计算各方向阻力和倾覆力矩系数
其中，B和D为图7所示集装箱起重机的代表长度，H为集装箱起重机的高度（64m），q H为标准风压。
图8和图9给出了使用风洞试验获得的阻力和翻转力矩系数。 在0°，90°，180°获得的系数和那些系数的最大值在表1中给出。
图7.集装箱起重机的代表长度 图8.根据风荷载的入射角的平均阻力系数
在X方向阻力系数的情况下，入射角为10°〜20°的那些阻力系数比0°处的阻力系数大6.9％（情况1），10％（情况2）和8.6％（情况3） 每个案例。 情况1,2和3是根据机械房屋位置评价集装箱起重机的结构稳定性的参数。 对于Y方向阻力系数，最大值出现在110°的入射角。 在每种情况下，入射角为110°的系数比在入射角为90°时测量的系数大13.5％（情况1），9.9％（情况2）和7.2％（情况3）。然而， 根据每种情况的X和Y方向阻力系数在任何入射角几乎相同。
表1.每种情况下的风荷载系数。
在X方向倾覆力矩系数的情况下，在110°〜120°之间的入射角处，最大值为-0.2942（情况1），-0.2847（情况2）和-0.2737（情况3），但是Y - 方向最大倾覆力矩系数值为X方向的两倍。 每种情况的Y方向最大值为-0.5886（20°），-0.6161（40°）和0.6508（180°）。
相对于机器房位置的变化，X和Y方向倾覆力矩系数的变化几乎相同，类似于任何角度处的阻力系数的分布。 然而，在Y方向的情况下，在某些角度发生比较大的变化的结果。 这是由于在风洞试验中发生的错误。 在该试验中，为了使共振效应最小化，构造具有由于使用轻木而具有增加的固有频率的测试模型，所述轻木的机械特性是轻质但刚性的。 但是，比例模型容易振动，因为集装箱起重机的构件的几何特性被构造成细长的。 我们得出结论，由于测试模型的几何特性，该误差是由振动引起的。
根据风载方向的阻力系数的分布与倾覆力矩系数的分布进行比较; 它们被确定为在任何角度具有几乎相同的分布。 发生每个系数的最大值的风力负荷的入射角在相对于集装箱起重机的0°或90°处，但在10°〜20°处未发现。 一般来说，由于在集装箱起重机设计阶段对X（0°）和Y（90°）方向计算风荷载，因此应考虑集装箱起重机设计的补偿因素，以考虑倾斜风荷载效应。
3.2支撑点处的提升力
图10和图11示出了根据风力负载的入射角在每个支撑点处的提升力。 这些抬升力是由风荷载引起的。 没有考虑集装箱起重机的重量。 集装箱起重机每个支撑点的位置和描述如图12所示。 由于集装箱起重机具有对称的形状，＃1和＃2的提升力等于＃3和＃4的提升力，但它们的方向相反。 由于通过风洞试验获得的提升力没有考虑到集装箱起重机的重量，它们对于机器房的每个位置都显示出几乎相同的值。
图11.根据风荷载的入射角，＃3和＃4支撑点的提升力 图 12.集装箱起重机的支点ID和位置
根据风洞试验的结果，如果风荷载的入射角为20°〜40°或130°〜150°，在表示为＃2和＃4的支撑点处产生了高达490tonf的高提升力。 然而，在实际的集装箱起重机的情况下，这些力将通过由集装箱起重机的重量产生的相反的压缩力而减小。 因此，为了分析支撑点处的提升力，我们考虑了使用风洞试验的每个支撑点的提升力和由于集装箱起重机的重量产生的压缩力。
本研究中使用的集装箱起重机重量为890吨。 如果考虑集装箱起重机的重量，则在每个支撑点处施加的提升力与风洞试验结果不同。 在情况1中，机械房位于陆侧腿的外部，由于集装箱起重机的重量在每个支撑点处的压缩力示于表2中（例如Lee等人，2005）。
图13示出了情况1的结果，同时考虑了提升力。表2由容器起重机的重量引起的每个支撑点处的压力。
使用风洞试验和从表2获得的集装箱起重机的实际重量。在该图中，我们证实提升力被集装箱起重机重量抵消。 当入射角为20°〜40°时，在支撑点＃4处的最大实际上举力为320tonf。
图13.考虑到集装箱起重机的重量，在每个支撑点处的实际提升力
压缩力如表2所示。对于情况1，其中机械房位于陆侧腿之外，对于情况2和3，其中机械房向海边移动，我们得出结论： 点＃1和＃2处的力将减小，而点＃3和＃4处的力将由于重心的移动而增加。
- 结论
在本手稿中，通过使用风洞试验分析风荷载对50吨集装箱起重机的稳定性的影响，我们根据入射角和每个支撑的上举力的估计方法确定了每个方向阻力和翻转力矩系数 起重机点在风荷载作用下。 设计者可以使用这些数据来改善集装箱起重机的抗风性。
在未来，我们建议对每种情况进行有限元分析，以开发改进型的集装箱起重机。 使用在本研究中导出的风荷载系数并且使用有限元分析与风洞试验结果比较结果，可以更精确地设计未来集装箱起重机的装载装置和存放配置，因为可以更精确地计算影响它们的抬升力
鸣谢
这项工作得到了韩国科技部（MOST）国家研究实验室计划的支持。
参考文献
Han, G. J., Lee, H., Shim, J. J., Han, D. S., Ahn, C. W.,Jeon, Y. H., 2004, “Study on the Wedge Angle of Wedge Type Rail Clamp for Container Crane,” J. KSPE, Vol.21, No. 9, pp. 119~126.
Hanjin Heavy Industries amp; Construction Co. Ltd.,2000, “Structural amp; Mechanical Calculation for 50-Ton Container Crane for Pusan Port”
全文共5960字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[144743]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
