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链斗式卸船机是某钢厂港口的重要设备，其功能为将驳船中的矿砂卸入料场。卸料小车在悬臂梁的轨道上行走。在长期重载作用下，悬臂梁的部分焊缝出现裂纹。为找出产生裂纹的原因，保证正常的生产，对该机悬臂梁的强度进行了有限元分析。并根据强度分析结果，提出了改造方案。
卸船机悬臂梁由结构部分和正、反向平衡台车，中部升降动滑轮组，配重平衡滑轮组，主梁上面的横移小车轨道以及装在主梁前后端部下表面作为水平接料皮带机支承用的前后吊架等组成。选取悬臂梁结构部分作为有限元计算模型，其余部分以约束或载荷施加在悬臂梁结构上。
对悬臂梁进行三维有限元分析时采用直角坐标系，坐标原点设在上游悬臂梁靠立柱一端断面中心。x坐标沿悬臂梁水平方向指向外端，y坐标铅垂向上，z坐标水平指向下游方向(图1所示)。由于悬臂梁结构属于板和桁架结构，承受着空间载荷，除了产生平面变形外，还产生连弯带扭的复杂变形，应采用板单元和杆单元。桁架采用杆单元，悬臂梁和联接板采用板单元。悬臂梁的板单元厚度W=8mm，联接板单元的厚度W=14mm。桁架主斜杆由两根32#槽钢组成，铅垂平面的其余杆件由两根20#槽钢组成，斜面桁架其余杆件由两根16#槽钢组成，各杆横断面形状皆为[]形。
整个悬臂梁通过三组滑轮吊挂在提升节点11(图1)处，因此在该处三个节点设置y方向(铅垂方向)约束。悬臂梁通过正向、反向两个平衡台车8、10可在立柱轨道上运行，但在水平面的x、z两个方向受到约束，故悬臂梁x=0端面各节点和反向平衡台车处各节点设置x和z两个方向的约束。在工作状态下，悬臂梁受到结构自重、接料皮带机重量、取料小车铅垂方向和水平方向载荷的联合作用。其中，结构自重以y方向体积力的形式作用于各单元；接料皮带机重力98kN分别由上、下游悬臂梁的前、后吊架承受，每个吊架各承受24.5kN。这个载荷以y方向集中力的形式分别施加在悬臂梁相应节点(4个吊架所在位置)上。
在卸船状态下，悬臂梁受到结构自重、接料皮带机重量、取料小车铅垂方向和水平方向载荷的联合作用。为了分析各种载荷对悬臂梁应力和变形的影响，在取料小车静止地位于工作位置、只有水平载荷、卸船工作三种状态下，分别对悬臂梁的应力和变形进行了计算。三种状态的计算模型中，单元类型、单元划分、约束条件完全相同，只是载荷不一样。
从表1中可知，对悬臂梁本体应力和水平方向变形影响最大的因素是水平方向载荷。随着卸船作业率提高，驳船对料斗产生的水平方向载荷增加，该载荷通过取料小车车轮作用于悬臂梁，使悬臂梁的应力和水平方向变形增大。而铅垂方向载荷对悬臂梁本体应力影响不大。从图2、图3可知，由于水平载荷指向上游方向，因此上游悬臂梁主腹板与上盖板联接处主要受拉应力，最大拉应力为81.2MPa；下游悬臂梁辅助腹板与上盖板联接处主要受拉应力，最大拉应力为85.6MPa；上游悬臂梁上盖板内侧边缘所受拉应力最大，为116.2MPa。悬臂梁结构主要由材料为Q235A的钢板焊接而成。
由有限元计算可知，应力最大部位处为上游悬臂梁上盖板内侧边缘，其值为116.2MPa，结合上式算得的值为131.9MPa，仍远小于Q235A的疲劳极限；焊缝最大应力部位是下游悬臂梁辅助腹板与上盖板联接处的焊缝，最大主应力达85.6MPa，通过上式计算后知，该处焊缝的最大主应力为103.3MPa，已超过焊缝的疲劳极限。所以该处是整个结构的薄弱环节。
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