1緒論

疲勞破壞一般是構(gòu)件處于交變載荷作用并且作用足夠長的時間下,形成裂紋或者完全斷裂.構(gòu)件發(fā)生裂紋萌生后,在交變載荷繼續(xù)作用下,裂紋進一步擴展,最后裂紋擴展到臨界尺寸而發(fā)生斷裂,這不僅和作用在結(jié)構(gòu)上的交變載荷有關(guān),還與作用時間及粘料性能有關(guān)。在焊接結(jié)構(gòu)中,由于焊縫處存在著殘余應(yīng)力,容易出現(xiàn)應(yīng)為集中,并且容焉出現(xiàn)諸多焊接缺陷,如咬邊,夾渣,未焊透等。因此,焊縫處極易生成裂紋在裂紋萌生期,由于微觀裂紋尺寸非常之小,不易察覺出來,而裂紋擴展速率是非常迅速的,很#結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)突然斷裂的情況,這種影響對人員安全和物產(chǎn)安全都是巨大的,因此,對結(jié)構(gòu)進行含裂紋缺陷的構(gòu)件部.分進行疲勞壽命分析非常有必要。在分析構(gòu)件疲勞壽命過程中,首先要確定構(gòu)件的載荷情況。在工程實際中,構(gòu)件的載荷工況通常非常復(fù)雜,并且不具有規(guī)律性,比如推粑機,其工作環(huán)境一般十分惡劣,作用對象狀態(tài)多元化,交變載荷的變化幅度較大,工作裝置經(jīng)常發(fā)1.生剛性沖撞,推、填、護四種工作狀態(tài)交替進行,而且工作時長一般較長,整個構(gòu)件受載荷之處很多,由于這些惡劣的工作環(huán)境,交變載荷中存在著對疲勞壽命影響很大的沖擊載荷。而載荷準(zhǔn)確性與否直接決定著壽命大小,對結(jié)構(gòu)設(shè)計起著至關(guān)重要的作用,因此,確定構(gòu)件的載荷工況是進行疲勞壽命分析的關(guān)鍵步驟。

......

2推粑化H形架橫梁結(jié)構(gòu)邊界載荷確定方法

2.1H形架橫梁焊接結(jié)構(gòu)分析

確定橫梁載荷王況類型的前提是對橫梁進行受力分析,左、右推桿在橫梁軸向上的位移很小,因此,推桿對橫梁拉伸或者壓縮作用很小,忽略拉伸載荷的影響,再結(jié)合護刀上承受的交變載荷的不均勾性與非對稱性以及護刀經(jīng)常發(fā)生碰撞,因此,外載荷在橫梁上產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)作用。提升油艇與左,對橫梁產(chǎn)生扭矩和彎矩,也可確定橫梁的主要外載是彎矩和扭矩。采用多層焊接結(jié)構(gòu)時,極易產(chǎn)生咬邊、未焊透、氣孔夾渣等焊接缺陷15^8],由于焊接裂紋容易產(chǎn)生缺口效應(yīng)而引起較高的應(yīng)力集中,并且可レ乂延伸擴展,危害很大。焊接缺陷在交變應(yīng)力作用下容易發(fā)展成為裂紋,因此,在工程應(yīng)用中,通常將這些缺陷等效為疲勞擴展的初始裂紋在考慮帶有初始裂紋的焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能時,首先考慮內(nèi)側(cè)矩形主體結(jié)構(gòu)。通過X射線探察裂紋位置,依據(jù)橫梁結(jié)構(gòu)探傷結(jié)果在格合區(qū)的左上角(國2-3箭頭所指焊縫處)設(shè)置水平初始裂紋,并確定裂紋沿橫梁外西縱向長為4mm,寬為2mm。

2.2H形架橫梁結(jié)構(gòu)力學(xué)分析

若整個推粑機為研究對象會使得后續(xù)加載裝紋和載荷問題變得異常繁瑣,可通過載荷性質(zhì)及橫梁邊界載荷來簡化模型結(jié)構(gòu)。對于帶有初始裂紋的橫梁構(gòu)件,切應(yīng)力有助于裂紋的擴展作用,因此,本章節(jié)選取推祀油缸伸縮量最大時橫梁上粑應(yīng)力最大值所在的截面對祖轉(zhuǎn)及彎矩進行力學(xué)分析,如圖2-6所示。圓形截面柱體扭轉(zhuǎn)特點是,在扭轉(zhuǎn)變形前后都保持圓形形狀。圓形截面的柱體沒有發(fā)生軸向位移,并且每一個截面只作剛體轉(zhuǎn)動,通曲函數(shù)為0。而H形架橫梁截面為柱體截面,柱體截面在扭轉(zhuǎn)過卷中發(fā)生了垂直于橫截面的繞曲變形,即經(jīng)曲函數(shù)不為0。圓粑截面的平面假設(shè)不再適用于非圓形截面桿件。因為橫梁的主要載荷是彎矩和扭矩,可將橫梁截面簡化為薄壁桿件的扭轉(zhuǎn)問題,形式上屬于約束扭轉(zhuǎn),又約束組轉(zhuǎn)引起的正應(yīng)力很小,與自由祖轉(zhuǎn)差別小,可近似認(rèn)為是自由扭轉(zhuǎn)。

2推粑化H形架橫梁結(jié)構(gòu)邊界載荷確定方法.......15
2.1H形架橫梁焊接結(jié)構(gòu)分析....15
2.2H形架橫梁結(jié)構(gòu)力學(xué)分析...17
2.3推粑機H形架橫梁邊界載前分析........25
2.4本章小結(jié)...30
4結(jié)構(gòu)邊界載荷反向確定方法誤差分析....49
4.1單元類型對應(yīng)變片粘貼位置精度的影響.......49
4.2確定結(jié)構(gòu)邊界載荷工況前誤差分析......71
4.3本章小結(jié).......72
5總結(jié)與展望........73
5.1總結(jié)...73
5.2展望.......75

4結(jié)構(gòu)邊界載荷反向確定方法誤差分析

4.1單元類型對應(yīng)變片粘貼位置精度的影響

在實際求解方程(3-6)中位移矩陣過程中,該方法在運用高斯消元法求解線性方程組解過程中避免運用除法,減少了由于精度問題而導(dǎo)致的舍入誤差及累積誤差,從而很大程度上提高了方程組解的精確度。其基本思路是,在毎次迭代過程中都選擇系數(shù)矩陣中最大的元素當(dāng)作主元,并將主元換到主對角上,最后利用此主元消去對角線下面的各個元素,將矩陣變換為上三角形方程組來求解。假設(shè)方程展開有如下形式:所謂基于單元的分析方法就是將整個結(jié)構(gòu)體根據(jù)幾何形狀的變化特征劃分為節(jié)點并對其進行編號,然后按照一定規(guī)則將其分解為一個小的構(gòu)件即單元,基于節(jié)點位移,建立每一個單元的節(jié)點平衡關(guān)系及單元剛度方程;接著將各個單元組合集成起來,得到該結(jié)構(gòu)體的整體平衡方程,按實際情況對方程中一些節(jié)點位移和節(jié)點為給定相應(yīng)的值即處理邊界條件,然后計算單元的為學(xué)參量。

4.2確定結(jié)構(gòu)邊界載荷工況前誤差分析

如圖3-6所示,確定橫梁載荷工況之前分析得到橫梁所承受載荷類型為拉伸載荷、垂直彎矩、水平彎矩及扭矩載荷。對于拉伸載荷,文章中將其等效為一個拉為,由于拉伸載荷較小,對橫梁載荷工況準(zhǔn)確性影響甚微,因此,近似認(rèn)為橫梁承受彎矩載荷和扭矩載荷。對于一般的結(jié)構(gòu)體,當(dāng)拉伸載荷不容忽視之時,拉伸載荷等效成拉為的數(shù)目和作用位置則會對結(jié)構(gòu)體的載荷工況產(chǎn)生較大的影響。在極限情況下,拉伸載荷在每個節(jié)點上都等效成一個拉為,而在實際工程問題中,毎增加一個拉力分量,則多需要一個應(yīng)變花測試某點處的載荷。如困4-6所示,當(dāng)橫梁的拉伸載荷僅等效成一個拉力形時,需要在3個試點布置應(yīng)變花采集各點的應(yīng)為,由此得到各個載荷的大小,如公式(3-6)及(3-7)所示。
.......

5總結(jié)與展望

5.1總結(jié)

本文給出了結(jié)構(gòu)邊界載荷的確定方法,建立起復(fù)雜的工程機械結(jié)構(gòu)從截面應(yīng)變數(shù)據(jù)的采集到疲勞壽命計算的整體流程,并對該過程中的誤差來源進行分析探討,其計算結(jié)果可以為工程機械中復(fù)雜結(jié)構(gòu)的抗疲勞設(shè)計提供重要的參考依據(jù)。并且結(jié)合國內(nèi)某工程機械有限么司的推把機裝置中橫梁關(guān)鍵部件分析設(shè)計項目進行具體研究。本文的研究內(nèi)容主要包含了以下幾個方面:(1)從整體推把機裝置中選擇H形架局部構(gòu)件,然后對該局部構(gòu)件進行靜為學(xué)分析,得到H形架中橫梁局部構(gòu)件的靜力載荷工況,在確定橫梁載荷過程中分別對橫梁最大切應(yīng)力所在截面進行了扭矩力學(xué)分析和彎矩為學(xué)分析,該截面對裂紋的擴展作用十分明顯,并通過應(yīng)變花采集測試點的實際應(yīng)為狀態(tài)對載荷工況進行了對比驗證。由于選擇的截面為最大切應(yīng)為所在面,因此,該方法得到的載荷工況偏于保守,足夠保證實際工程中大型復(fù)雜裝置的疲勞壽命要求。

5.2展望

結(jié)構(gòu)的邊界載荷確定是一個復(fù)雜的問題,結(jié)構(gòu)的應(yīng)變花數(shù)量及位置的選擇、載荷數(shù)據(jù)的采集與處理、局部構(gòu)件的等效截面選擇等都會對載形工況的確定產(chǎn)生影響,本義基于整體-局部的分析方法實現(xiàn)了確定結(jié)構(gòu)邊界載荷的整個流程,但仍需要對此流程中的毎個模塊作進一步豐富和完善,在后續(xù)的研究中考慮從以下幾個方面加以改善:(1)研究分析空間問題解決方案。文章中著重研究了平面問題的邊界載荷確定方法,在后續(xù)研究中,可考慮空間問題,引入空間單元類型,如四節(jié)點四面體單元、八節(jié)點正六面體單元,以獲得更加精確的有限元分析。平面問題中矩形單元由于其位移模式的雙線性特性而優(yōu)于常應(yīng)變王節(jié)點王角形單元,但是其缺點是邊界適應(yīng)性弱,因此可以考慮引入等參單元類型,這樣可根據(jù)不同模型獲得精度更加高的有限元計算結(jié)果

........

參考文獻（略）

，

本文編號：55460