本文關鍵詞：空間網(wǎng)格結構鋼管—焊接空心球懸掛吊點靜力及常幅疲勞性能試驗和理論研究　出處：《太原理工大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：焊接空心球節(jié)點網(wǎng)格結構由于其跨度大、受力合理及施工方便等特點被廣泛應用于工業(yè)建筑,尤其是帶懸掛吊車的工業(yè)廠房中。由于懸掛吊車的作用產(chǎn)生反復交變荷載,網(wǎng)格結構及懸掛吊點可能產(chǎn)生疲勞破壞。網(wǎng)格結構的研究主要集中在其靜力性能等方面,而對其節(jié)點疲勞性能研究相對不成熟,致使國家現(xiàn)行相關規(guī)范對此規(guī)定仍不完善。本文在國家自然科學基金項目(51578357)和山西省自然科學基金項目(2015011062)的聯(lián)合資助下,針對常用的懸掛吊點——“鋼管—焊接空心球”節(jié)點(簡稱“管—球”節(jié)點)進行靜力及常幅疲勞的試驗與理論研究,主要研究工作和結論如下:(1)基于太原周邊實地調(diào)研,結合懸掛吊點相關的設計規(guī)范和手冊等,采用正交試驗設計方法,以焊接空心球直徑D、焊接空心球壁厚T、鋼管直徑d、鋼管壁厚t四個因素為變量,各個變量均按三個水平考慮,設計并加工完成9個節(jié)點試件。(2)采用MTS試驗機進行了8個節(jié)點試件的靜力性能試驗,并采用有限元分析軟件ANSYS、ABAQUS進行了9個試件的靜力分析,摸清了該類節(jié)點的應力分布規(guī)律并取得了熱點應力所在位置;針對“管—球”節(jié)點應力集中的主要因素進行分析討論,得到了不同因素對其影響程度和相關性;建立了考慮焊縫焊腳尺寸折減效應的節(jié)點熱點應力集中系數(shù)的計算公式。(3)采用MTS試驗機完成了8個“管—球”節(jié)點在較高應力幅作用下的常幅疲勞性能試驗,獲得了8個有效常幅疲勞試驗數(shù)據(jù)點;并計算得出其節(jié)點名義允許應力幅[]62 10?100.02MPa?(35)(28)。(4)采用斷裂力學方法,對“管—球”節(jié)點進行常幅疲勞壽命估算,估算所得其理論疲勞壽命值低于試驗疲勞壽命值;重點探討了裂紋不同初始長度對裂紋擴展壽命的影響,得出了若初始裂紋尺寸增大十倍,則裂紋的疲勞擴展壽命縮短80%左右。(5)采用有限元軟件ABAQUS的XFEM技術,選擇代表性“管—球”節(jié)點進行有限元分析,得出了單次循環(huán)下裂紋出現(xiàn)位置和擴展方向;對比節(jié)點試驗結果,提出了該類節(jié)點常幅疲勞試驗關鍵控制參數(shù)的建議值:產(chǎn)生裂紋的參考位移值設置為5%(35)U,失效位移參考值設置為10%(35)U。
[Abstract]:The grid structure of welded hollow spherical joints is widely used in industrial buildings because of its large span, reasonable force and convenient construction. Especially in industrial buildings with suspended cranes, repeated alternating loads are produced due to the action of hoisting cranes. Grid structure and suspension point may cause fatigue damage. The research of grid structure is mainly focused on its static performance, but the research on fatigue performance of its joints is relatively immature. As a result, the relevant national regulations are still not perfect. This paper is in the project of National Natural Science Foundation of China (51578357) and the Natural Science Foundation of Shanxi Province (2015011062). With co-financing. The static and constant amplitude fatigue tests and theoretical studies were carried out for the common hanging point "tube-welded hollow sphere" joint (referred to as "pipe-ball" joint). The main research work and conclusions are as follows: (1) based on the field investigation around Taiyuan, combined with the relevant design specifications and manuals of suspension point, the orthogonal design method is adopted to weld the diameter of hollow sphere D. Four factors such as thickness of welded hollow sphere T, diameter of steel tube d, thickness of steel tube wall t are variables, each variable is considered according to three levels. The static performance tests of 8 joints specimens were carried out by MTS test machine, and the finite element analysis software ANSYS was used. ABAQUS made the static analysis of 9 specimens, found out the stress distribution law of this kind of joint and obtained the hot spot stress location. The main factors of stress concentration in "tube-ball" joints are analyzed and discussed, and the influence degree and correlation of different factors on the stress concentration are obtained. A formula for calculating hot spot stress concentration factor of joints considering dimension reduction effect of weld welding foot is established. The constant amplitude fatigue performance tests of eight tube-ball joints under high stress amplitude were carried out by using MTS test machine. Eight effective constant amplitude fatigue test data points are obtained. The nominal allowable stress amplitude of the joint is calculated. [] 62 10? 100.02MPa? By using fracture mechanics method, the fatigue life of "tube-ball" joint is estimated in constant amplitude, and the estimated theoretical fatigue life is lower than that of experimental fatigue life. The effect of different initial length of crack on crack propagation life is discussed, and it is concluded that if the initial crack size is increased by 10 times. The fatigue growth life of the crack is shortened by about 80%.) the representative "tube-ball" joints are selected for finite element analysis by using the XFEM technology of the finite element software ABAQUS. The location and propagation direction of the crack under a single cycle are obtained. Compared with the test results of the joints, the suggested values of the key control parameters of the joints in constant amplitude fatigue test are proposed: the reference displacement value of the crack is set to 5 / 35 U. The reference value of the failure displacement is set to 10 ~ 35U.
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU399

【參考文獻】

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本文編號：1389107