【摘要】：橋式起重機主梁等構件是典型的焊接結構,其主要失效形式是疲勞斷裂。由于在焊縫部位存在焊接缺陷,采用傳統(tǒng)的建立在構件無缺陷、無裂紋基礎上的強度理論進行設計計算時,往往不能確保起重機在額定載荷下使用的安全性。裂紋的萌生和形成壽命很短,疲勞壽命主要取決于疲勞裂紋的穩(wěn)定擴展階段。因此,應用斷裂力學方法研究起重機焊接結構的疲勞裂紋擴展機理,并估算在役起重機的剩余疲勞壽命,對預防疲勞斷裂事故的發(fā)生,指導起重機的設計、制造、檢驗和管理具有重要意義。 針對橋式起重機常出現的斷裂事故,本文以某冷軋帶鋼廠現役50t×33m橋式起重機為研究對象,采用有限元法結合現場實測的研究方法,對橋架結構進行了應力分析。在此基礎上對應力高且有嚴重應力集中的危險部位——主梁跨中焊縫采用“板到體子模型”技術,對其進行細化分析,得到跨中焊縫的應力分布。計算表明:主梁跨中焊縫應力最大,且存在嚴重應力集中,是橋式起重機主要裂紋起源,是影響橋式起重機承載能力的薄弱環(huán)節(jié)。 根據現場試驗和有限元計算編制的各危險部位的載荷譜,采用修正Miner法則結合Corten-Dolan非線性損傷理論和修正后的p—S—N曲線對結構進行疲勞可靠性設計,計算表明:對于應力水平低、沒有顯著尖峰載荷的結構,加載順序的影響不大。計算結果與起重機設計壽命基本相符,表明計算結果滿足工程上精度要求,該壽命模型是實用和可行的。 采用等效應力法和Miner線性累積損傷法則相結合的方法對焊接結構在變幅載荷下裂紋擴展壽命進行了研究。計算發(fā)現:如果主梁跨中焊縫出現初始裂紋,當裂紋擴展速率達到某一臨界值時,裂紋的擴展速率明顯加快,主梁很快失效;對于工作過程中沒有顯著的尖峰載荷的結構疲勞裂紋,進行裂紋擴展壽命計算時,可以采用忽略裂紋擴展過載效應和不同幅值載荷循環(huán)之間順序與相互影響的均方根等效應力法與Miner累積損傷法,計算過程相對簡單且計算結果滿足工程上精度要求。 本文所采用的修正Miner法則結合Corten-Dolan損傷理論進行疲勞可靠性設計的方法不僅適用于橋式起重機的疲勞損傷與壽命分析,也適用于一般的金屬結構疲勞損傷與壽命分析;本文采用有限元分析與斷裂力學分析相結合的方法為含初始缺陷結構的壽命預測提供了一種工程上可行的方法。
【學位授予單位】：武漢科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2005
【分類號】：TH215
【圖文】：

圖12起重機橋架三維有限元計算模型系直角坐標系，坐標原點選在導電側主梁下翼緣板的左上角(靠近鉸接圖.32，x坐標沿主梁水平方向指向固定端梁，y坐標沿鉛垂方向向上，機室側主梁。類型主梁為箱形梁，由鋼板焊接而成，鋼板的長、寬尺寸遠大于厚度尺寸;載荷和水平載荷，除了產生平面變形外，還產生彎曲變形;考慮到在特別是在考慮計算的時間耗費時，高階單元并沒有明顯的優(yōu)越性，平算精度要求口‘l，故采用SHELL石3彈性板單元。L63彈性板單元ssl】具有彎曲及薄膜特性，可承受與平面同方向及法線x，y，zx，y，z6。

圖14空載小車位于鉸接端梁一端(測試零點)橋架最小主應力分布圖是上翼緣板跨中部分最小主應力分布圖，從圖上可以看出測點最小主應MPa，。穿=一1.926MPa，式中上標表示測點序號，下同。板母材的最小主應力發(fā)生在跨中處上翼緣板長度方向偏鉸接端梁、寬度位置，其值為一23.38MPa;焊縫最小主應力位于跨中處上翼緣板與副腹值為一24.34MPa。

圖14空載小車位于鉸接端梁一端(測試零點)橋架最小主應力分布圖上翼緣板跨中部分最小主應力分布圖，從圖上可以看出測點最小主Pa，。穿=一1.926MPa，式中上標表示測點序號，下同。母材的最小主應力發(fā)生在跨中處上翼緣板長度方向偏鉸接端梁、置，其值為一23.38MPa;焊縫最小主應力位于跨中處上翼緣板與為一24.34MPa。

【引證文獻】

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本文編號：2745775