本文選題：鑄造起重機(jī)　切入點(diǎn)：中溫環(huán)境　出處：《蘭州理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：重大機(jī)械裝備長(zhǎng)期工作在復(fù)雜環(huán)境下,金屬結(jié)構(gòu)和零部件力學(xué)性能逐漸退化,一旦發(fā)生事故,極易造成重大經(jīng)濟(jì)損失和重大人員傷亡。鑄造起重機(jī)作為一種特殊的重大機(jī)械裝備,在承受載荷的同時(shí),還受到高溫環(huán)境的影響,金屬結(jié)構(gòu)一旦失效,懸吊于橋架下方的上百?lài)嶄撍蜁?huì)發(fā)生傾倒,其后果不堪設(shè)想。所以對(duì)鑄造起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)壽命評(píng)估和可靠性分析對(duì)于防止事故發(fā)生是非常重要的。鑄造起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造成本較高,用鑄造起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)直接進(jìn)行疲勞試驗(yàn)研究并不現(xiàn)實(shí),只能通過(guò)分析材料的疲勞損傷來(lái)預(yù)測(cè)金屬結(jié)構(gòu)的壽命。Q345B鋼是工程中廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)鋼之一,但目前對(duì)于Q345B鋼的力學(xué)性能研究?jī)H有常溫下的少量數(shù)據(jù),對(duì)于中溫下的力學(xué)性能研究也僅僅是靜拉伸力學(xué)性能分析,中溫環(huán)境下Q345B鋼的疲勞損傷行為研究更是少之又少,針對(duì)這種現(xiàn)狀,本文對(duì)鑄造起重機(jī)常用材料Q345B鋼,進(jìn)行了中溫環(huán)境下的拉伸疲勞試驗(yàn)和裂紋擴(kuò)展試驗(yàn),研究了Q345B鋼在不同階段的疲勞損傷行為,具體內(nèi)容如下:測(cè)試了Q345B鋼在不同溫度下的靜拉伸性能,通過(guò)不同溫度下的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn),分析了溫度對(duì)屈服平臺(tái)的影響。同時(shí),通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得到Q345B鋼彈性模量、屈服極限和強(qiáng)度極限隨溫度變化的趨勢(shì),為中溫疲勞試驗(yàn)應(yīng)力水平的選取提供依據(jù)。對(duì)Q345B鋼進(jìn)行了不同應(yīng)力幅值(420~480MPa)和不同環(huán)境溫度下(20℃~400℃)應(yīng)力控制的疲勞試驗(yàn),通過(guò)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,得到了不同溫度的應(yīng)變范圍變化規(guī)律。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí),應(yīng)變范圍變化規(guī)律不同,并不是隨溫度呈現(xiàn)單調(diào)的變化趨勢(shì),在溫度為320℃時(shí),循環(huán)初期應(yīng)變范圍迅速下降,出現(xiàn)循環(huán)硬化現(xiàn)象,而其它溫度應(yīng)變范圍都呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì),出現(xiàn)循環(huán)軟化現(xiàn)象。分析不同溫度的平均應(yīng)變變化曲線(xiàn),當(dāng)溫度為320℃附近時(shí),都經(jīng)歷了平均應(yīng)變速率穩(wěn)定階段,而其它溫度的試件直到斷裂,應(yīng)變速率仍未穩(wěn)定。試驗(yàn)結(jié)果表明,由于動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效的原因,在320℃時(shí)有效的抑制了循環(huán)中的塑性變形。通過(guò)不同溫度下應(yīng)力控制疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù),以三參數(shù)(理論疲勞極限,疲勞抗力系數(shù),疲勞指數(shù))的應(yīng)力壽命方法擬合出Q345B鋼在不同溫度下的最大應(yīng)力與壽命函數(shù)關(guān)系式,以及平均應(yīng)力修正后的應(yīng)力壽命函數(shù)關(guān)系式,然后擬合出考慮應(yīng)力安全系數(shù)后的應(yīng)力壽命模型。通過(guò)擬合結(jié)果發(fā)現(xiàn)在320℃時(shí),疲勞極限達(dá)到最大值。然后在溫度區(qū)間20℃~320℃和320℃~400℃,將溫度T分別擬合到考慮應(yīng)力安全系數(shù)后的三參數(shù)應(yīng)力壽命模型中的疲勞抗力系數(shù)、疲勞指數(shù)與疲勞極限中,得到了含溫度變量的三參數(shù)應(yīng)力壽命模型和平均應(yīng)力修正后的三參數(shù)應(yīng)力壽命模型,為Q345B鋼在中溫環(huán)境下疲勞壽命預(yù)測(cè)提供計(jì)算模型�；趽p傷力學(xué)理論,將循環(huán)過(guò)程中的平均應(yīng)變N?與材料斷裂時(shí)的平均應(yīng)變f?比值作為損傷變量,在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下,通過(guò)擬合得出lg(1-D)與lg(1/)f-N N的線(xiàn)性關(guān)系,從而確定損傷模型中的待定系數(shù)oD(初始損傷)和損傷指數(shù)q,在得到不同應(yīng)力和不同溫度條件下所對(duì)應(yīng)的損傷指數(shù)q后,將最大循環(huán)應(yīng)力max?和溫度T擬合到損傷指數(shù)maxq(?,T)中,體現(xiàn)出不同應(yīng)力以及不同溫度對(duì)損傷模型的影響。再將包含溫度變量T的應(yīng)力壽命模型代入損傷退化模型中,得到了能夠綜合體現(xiàn)應(yīng)力水平和溫度變量T的損傷退化模型。將損傷力學(xué)與有限元方法相結(jié)合,采用有效應(yīng)力法,對(duì)鑄造起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)裂紋萌生階段壽命進(jìn)行模擬計(jì)算。此方法可以有效的提高在大模型下有限元計(jì)算效率。通過(guò)不同溫度下Q345B鋼的裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn),研究了環(huán)境溫度對(duì)Q345B鋼裂紋擴(kuò)展行為的影響,得到了Paris公式中的參數(shù)C和m隨環(huán)境溫度T的變化規(guī)律。為中溫環(huán)境下的Q345B鋼裂紋擴(kuò)展行為提供裂紋擴(kuò)展速率計(jì)算模型,從而解決了Q345B鋼在中溫環(huán)境下的裂紋擴(kuò)展計(jì)算問(wèn)題。將損傷力學(xué)理論與應(yīng)力強(qiáng)度干涉理論相結(jié)合,考慮損傷的變化導(dǎo)致有效應(yīng)力增加,將強(qiáng)度作為隨機(jī)變量,應(yīng)力作為隨加載次數(shù)變化的隨機(jī)變量,采用抽樣仿真的方法,模擬計(jì)算出鑄造起重機(jī)吊鉤上橫梁隨加載次數(shù)變化的動(dòng)態(tài)可靠度曲線(xiàn)。此方法為動(dòng)態(tài)可靠性研究提供了新的手段。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG231.1

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