随着全球气候逐渐变暖,北极航道正逐步开通,届时北极航道将成为沟通亚欧的一条新通道,航线航程将大大缩短。因此,开展船舶起重机在北极极端温度环境下热-结构耦合分析,并研究结构的温度应力,是起重机在低温环境中安全工作的重要技术保障,具有非常重要的研究意义。本文以某型破冰船的起重机为研究对象,首先通过拉伸试验研究了结构主体用钢EH36在不同温度下的力学性能,然后基于瞬态温度场并利用ANSYS Workbench软件,对起重机械在北极东北航道极端温度环境及各种载荷作用下的结构强度进行了分析。主要研究内容可以总结为以下几点:(1)EH36钢在不同温度下的应力-应变曲线。通过研究北极东北航道的环境确定了起重机械的作业温度条件,然后设计并进行了EH36在不同温度条件下的拉伸试验,获得了不同温度下的应力-应变曲线,从而确定弹性模量、屈服强度和抗拉强度。(2)考虑冰雪载荷条件下冰区船舶起重机械的结构强度分析。采用ANSYS软件,首先在起升载荷、自重载荷、风载荷的作用下对冰区船舶起重机械的各工况均进行强度校核,然后研究了施加冰雪载荷对结构强度的影响。(3)考虑低温条件影响下冰区船舶起重机械结构强度分析。采用Transient Thermal模块计算起重机械的温度场,在此基础上考虑不同低温温度条件下的应力场影响进行温度场-结构应力耦合分析,求解出结构温度应力的时间历程曲线,分析温度应力对结构的影响。(4)考虑作业过程的结构强度分析并进行改进设计。在起升载荷、自重载荷、冰雪载荷、风载荷、温度应力以及作业过程产生的惯性载荷的联合作用下,对起重机械进行强度校核并根据计算结果进行了结构改进设计。