本文關(guān)鍵詞： 起重機(jī)箱梁結(jié)構(gòu) 彈塑性 安全評(píng)定 J積分 擴(kuò)展有限元法　出處：《西南交通大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：起重機(jī)作為物料的搬運(yùn)和裝卸的機(jī)械產(chǎn)品,其需求量日益增加。但其為人類帶來(lái)物質(zhì)財(cái)富的同時(shí),也帶來(lái)了潛在的風(fēng)險(xiǎn),因結(jié)構(gòu)斷裂而造成的安全事故就是其風(fēng)險(xiǎn)之一。服役起重機(jī)數(shù)量不斷增加,特別是老齡及超齡服役的起重機(jī)數(shù)量逐漸增大,潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)也在增加,安全生產(chǎn)形勢(shì)愈發(fā)嚴(yán)峻,迫使人們關(guān)注起重機(jī)服役期間的性能狀態(tài),特別是安全狀態(tài),起重機(jī)安全評(píng)定變得越來(lái)越緊迫和重要。本文以起重機(jī)箱梁結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,從起重機(jī)箱形梁結(jié)構(gòu)的彈塑性斷裂控制參數(shù)的計(jì)算和裂紋擴(kuò)展等方面展開(kāi)研究,探討適合于起重機(jī)結(jié)構(gòu)的彈塑性斷裂控制關(guān)鍵參數(shù)J積分的計(jì)算方法,以及基于彈塑性斷裂的裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展的條件,初步建立適用于橋(門(mén))式起重機(jī)結(jié)構(gòu)安全評(píng)定的彈塑性斷裂評(píng)定流程和以及關(guān)鍵控制參數(shù)的有限元模擬方法。論文的主要內(nèi)容包括：(1)起重機(jī)箱形梁結(jié)構(gòu)的破壞特征與工程處理方法。歸納總結(jié)服役箱形梁結(jié)構(gòu)的裂紋缺陷種類和擴(kuò)展機(jī)理等規(guī)律；并結(jié)合橋(門(mén))式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的工作背景,總結(jié)出焊接箱形梁結(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn)、存在的問(wèn)題及其缺陷尺寸參數(shù)的工程表征規(guī)則。(2)對(duì)36t起重機(jī)箱形梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析,計(jì)算其所受到的外加載荷,并通過(guò)有限元軟件對(duì)整機(jī)做靜力學(xué)仿真,得出整機(jī)的強(qiáng)度和剛度及應(yīng)力分布情況；給出二維平板J積分的數(shù)值計(jì)算方法,并舉實(shí)例說(shuō)明；在箱形梁結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析的基礎(chǔ)上,加入裂紋,采用有限元軟件ABAQUS對(duì)其仿真模擬,計(jì)算裂紋尖端的J積分值；推導(dǎo)按J控制裂紋擴(kuò)展的失效曲線FAC；基于屈服原理運(yùn)用軟件直接求解箱梁上穿透裂紋的極限載荷,并得到穿透裂紋板的載荷比Sr的計(jì)算式；在已知仿真模擬得到裂紋尖端J積分值以及失效評(píng)定圖和Sr的計(jì)算式的基礎(chǔ)上,對(duì)含裂紋結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全評(píng)定。(3)結(jié)合斷裂準(zhǔn)則,利用擴(kuò)展有限元法XFEM對(duì)裂紋擴(kuò)展進(jìn)行模擬；給出用ABAQUS軟件對(duì)含裂紋的箱形梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展有限元分析的具體流程,得到含裂紋結(jié)構(gòu)的斷裂參數(shù)以及裂紋單元的擴(kuò)展方向及狀態(tài)。
[Abstract]:Crane as a mechanical product of material handling and loading and unloading, its demand is increasing day by day, but it brings material wealth to human beings, but also brings potential risks. The number of service cranes is increasing, especially the number of aged and overage cranes is gradually increasing, and the potential safety risks are also increasing. The situation of safety production is becoming more and more serious, forcing people to pay attention to the performance state of crane during service, especially the safety state. Crane safety assessment becomes more and more urgent and important. This paper takes the crane box girder structure as the research object, from the crane box girder structure elastic-plastic fracture control parameters calculation and crack growth. This paper discusses the calculation method of J-integral, the key parameter of elastic-plastic fracture control for crane structure, and the condition of crack steady state growth based on elastic-plastic fracture. An elastic-plastic fracture assessment process and a finite element simulation method for key control parameters of bridge (gantry) crane structure safety assessment are established. The main contents of this paper are as follows: 1). The failure characteristics and engineering treatment methods of box girder structure of crane are summarized and the types of crack defects and propagation mechanism of box beam structure in service are summarized. Combined with the working background of the metal structure of the bridge (portal) crane, the performance characteristics of the welded box beam structure are summarized. The existing problems and the engineering characterization rules of the defect size parameters are used to analyze the box-beam structure of 36t crane and calculate its external load. The strength, stiffness and stress distribution of the whole machine are obtained by the static simulation of the whole machine with finite element software. The numerical calculation method of 2-D plate J-integral is given, and an example is given to illustrate it. On the basis of static analysis of box beam structure, the crack is added, and the J-integral value of crack tip is calculated by using finite element software ABAQUS to simulate it. The failure curve FACwhich is controlled by J is derived. Based on the yield principle, the limit load of penetrating crack on box girder is directly solved by software, and the formula of load ratio Sr of the plate with penetrating crack is obtained. On the basis of known simulation results of crack tip J integral, failure assessment diagram and Sr formula, the crack containing structure is evaluated by safety assessment. 3) combined with fracture criterion. The propagation finite element method (XFEM) is used to simulate the crack growth. The concrete flow of finite element analysis of cracked box-beam structures is given by using ABAQUS software. The fracture parameters of cracked structures and the propagation direction and state of crack elements are obtained.
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH21

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本文編號(hào)：1472220