斷裂力學(xué)的起重機(jī)焊接箱形梁疲勞壽命估算

本文簡(jiǎn)述了橋式起重機(jī)箱形主梁的焊接制造過(guò)程,重點(diǎn)介紹了主梁上拱度及其焊接變形的質(zhì)量控制。

針對(duì)起重機(jī)主梁蓋板和腹板的箱形梁焊接殘余應(yīng)力及變形復(fù)雜等情況,采用有限元方法,選取分段移動(dòng)串行熱源模型、熱力耦合及生死單元技術(shù),進(jìn)行了焊接應(yīng)力場(chǎng)及變形的數(shù)值模擬。結(jié)果表明,所采用分段移動(dòng)串行熱源模型加載熱載荷的方法,能夠較好地模擬實(shí)際焊接過(guò)程中的熱源移動(dòng)情況,與普通高斯熱源相比,網(wǎng)格數(shù)量及計(jì)算時(shí)間明顯減少,且計(jì)算精度基本相同,模擬出的箱形梁焊接變形與理論分析基本吻合。

介紹了疲勞斷裂力學(xué)中的paris公式,并將其運(yùn)用于含反射裂縫的瀝青混凝土路面的疲勞壽命預(yù)測(cè).對(duì)paris公式中的參數(shù)a,n選取方法進(jìn)行了闡述,通過(guò)數(shù)據(jù)擬合建立了縫端強(qiáng)度因子與裂縫長(zhǎng)度的函數(shù)關(guān)系,利用數(shù)值積分求得了面層疲勞壽命.文中還對(duì)疲勞壽命的影響因素:面層模量,面層厚度,基層模量進(jìn)行了分析

介紹了焊接接頭韌性的概念及其評(píng)定焊接接頭韌性的斷裂力學(xué)方法,如kic方法、jic方法和ctod方法,以及各種方法的適用范圍。并通過(guò)一些典型的工程應(yīng)用,闡述了斷裂力學(xué)方法在控制焊接結(jié)構(gòu)的建造質(zhì)量、提高其生產(chǎn)效率和降低制造成本等方面的具體做法。

將線彈性斷裂力學(xué)理論引入到構(gòu)件剩余疲勞壽命評(píng)估中,并推導(dǎo)出變幅應(yīng)力下構(gòu)件剩余疲勞壽命公式,由于評(píng)估公式中的參數(shù)具有很大的不確定性,將其看做服從一定概率分布的統(tǒng)計(jì)量,形成基于概率斷裂力學(xué)的剩余疲勞壽命評(píng)估公式。最后,通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證:采用概率斷裂力學(xué)方法能夠?qū)︿摰踯嚵菏Ｓ嗥趬勖龀龊侠淼念A(yù)測(cè)。

疲勞失效是船舶結(jié)構(gòu)失效的主要形式,由于船舶結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于海浪、洋流等變應(yīng)力載荷作用下,導(dǎo)致船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力集中和疲勞破壞。為了提高船體結(jié)構(gòu)的使用壽命,改善船舶質(zhì)量,對(duì)船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞評(píng)估非常有必要。本文系統(tǒng)的介紹了機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度評(píng)估方法和斷裂力學(xué)理論,在有限元分析軟件ansys平臺(tái)上建立了船舶中部肋板的有限元模型,并基于斷裂力學(xué)對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析仿真。本研究提高了船舶結(jié)構(gòu)疲勞評(píng)估的精度,有利于延長(zhǎng)船舶的使用壽命,降低船體維護(hù)成本。

疲勞失效是船舶結(jié)構(gòu)失效的主要形式,由于船舶結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于海浪、洋流等變應(yīng)力載荷作用下,導(dǎo)致船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力集中和疲勞破壞。為了提高船體結(jié)構(gòu)的使用壽命,改善船舶質(zhì)量,對(duì)船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞評(píng)估非常有必要。本文系統(tǒng)的介紹了機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度評(píng)估方法和斷裂力學(xué)理論,在有限元分析軟件ansys平臺(tái)上建立了船舶中部肋板的有限元模型,并基于斷裂力學(xué)對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析仿真。本研究提高了船舶結(jié)構(gòu)疲勞評(píng)估的精度,有利于延長(zhǎng)船舶的使用壽命,降低船體維護(hù)成本。

疲勞失效是船舶結(jié)構(gòu)失效的主要形式,由于船舶結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于海浪、洋流等變應(yīng)力載荷作用下,導(dǎo)致船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力集中和疲勞破壞。為了提高船體結(jié)構(gòu)的使用壽命,改善船舶質(zhì)量,對(duì)船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞評(píng)估非常有必要。本文系統(tǒng)的介紹了機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度評(píng)估方法和斷裂力學(xué)理論,在有限元分析軟件ansys平臺(tái)上建立了船舶中部肋板的有限元模型,并基于斷裂力學(xué)對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析仿真。本研究提高了船舶結(jié)構(gòu)疲勞評(píng)估的精度,有利于延長(zhǎng)船舶的使用壽命,降低船體維護(hù)成本。

通過(guò)試驗(yàn)分析了鋁合金的同相和異相熱疲勞特性，并應(yīng)用彈塑性斷裂力學(xué)方法對(duì)其壽命作了解析評(píng)價(jià)，試驗(yàn)和計(jì)算都表明，在相同應(yīng)變范圍下，異相熱疲勞壽命高于同相，這與中低碳鋼等材料結(jié)果相同，另外，計(jì)算值和試驗(yàn)吻合，說(shuō)明j積分用作評(píng)價(jià)鋁合金熱疲勞強(qiáng)度的力學(xué)參量及所建立的計(jì)算方法有效，從能量角度提出了一個(gè)用于描述裂紋擴(kuò)展能力的參量△w，在相同△w值下，同相熱疲勞壽命和異相熱疲勞相等。

針對(duì)梯形波紋腹板焊接梁結(jié)構(gòu),分別基于不同的表征應(yīng)力方法(名義應(yīng)力法、熱點(diǎn)應(yīng)力法、等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力法)建立梁結(jié)構(gòu)的有限元模型,研究焊縫處各表征應(yīng)力的分布規(guī)律,分析裂紋產(chǎn)生的位置,計(jì)算疲勞壽命,比較不同表征應(yīng)力的評(píng)定效果.結(jié)果表明,名義應(yīng)力和熱點(diǎn)應(yīng)力的分布曲線相似,存在一定的波紋特性,但根據(jù)波紋變化無(wú)法準(zhǔn)確判斷裂紋產(chǎn)生位置及預(yù)測(cè)疲勞壽命;等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布曲線的波紋變化特性十分顯著,可較好地預(yù)測(cè)裂紋產(chǎn)生位置并較準(zhǔn)確地估算疲勞壽命.因此建議采用等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力作為梯形波紋腹板焊接梁結(jié)構(gòu)的壽命控制參量.

以起重機(jī)焊接箱形主梁為對(duì)象,視疲勞強(qiáng)度與疲勞載荷為隨機(jī)過(guò)程,建立焊接箱形主梁動(dòng)態(tài)可靠性分析方法,運(yùn)用montecarlo模擬方法,對(duì)時(shí)變可靠性指標(biāo)進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到其隨時(shí)間變化的曲線。

焊接工藝是橋式起重機(jī)主梁焊接質(zhì)量的主要技術(shù)保證。本文介紹了制造箱形主梁的相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求,重點(diǎn)對(duì)箱形主梁焊接變形進(jìn)行分析,通過(guò)選擇合理的裝配焊接順序以及采取工藝要點(diǎn)來(lái)控制箱形主梁的變形。最后介紹主梁焊縫檢驗(yàn)要求,確保起重機(jī)的安全可靠。

起重機(jī)箱形梁結(jié)構(gòu)型式改進(jìn)與焊接工藝性

橋式起重機(jī)在典型工況下工作循環(huán)一次時(shí),對(duì)其主梁危險(xiǎn)部位的應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試,得到應(yīng)力-時(shí)間歷程,采用雨流計(jì)數(shù)法處理應(yīng)力-時(shí)間歷程獲取載荷譜。根據(jù)線性累積損傷理論,估算出起重機(jī)在典型工況下工作循環(huán)一次時(shí),主梁危險(xiǎn)部位的損傷值。查詢?cè)诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng),獲得起重機(jī)在各種實(shí)際工況下的工作循環(huán)次數(shù),將實(shí)際工況近似為典型工況,推導(dǎo)出主梁的疲勞壽命公式。

以斷裂力學(xué)理論為基礎(chǔ),推導(dǎo)了焊接箱形梁裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算公式,以ansys作為計(jì)算工具,模擬焊接箱形梁裂紋擴(kuò)展,并采用奇異單元計(jì)算在不同長(zhǎng)度初始裂紋下起重機(jī)焊接箱形梁應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍。

焊接主梁是門式起重機(jī)的主要焊接鋼結(jié)構(gòu),是主要的承力構(gòu)件。焊接主梁疲勞裂紋形成過(guò)程復(fù)雜,影響其裂紋形成的因素眾多。從焊接特性和實(shí)際使用情況著手,采用斷裂力學(xué)理論分析了焊接主梁裂紋萌生點(diǎn)和裂紋擴(kuò)展過(guò)程。根據(jù)門式起重機(jī)承受交變載荷的特點(diǎn),運(yùn)用循環(huán)法,估算了焊接主梁的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命。研究結(jié)果為門式起重機(jī)的安全使用和管理提供了理論依據(jù)。

塔式起重機(jī)是建筑業(yè)物料提升的重要器械，其具有工作時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度大，周轉(zhuǎn)次數(shù)多的特點(diǎn)。做好塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞壽命的探討，有助于塔式起重機(jī)的使用，同時(shí)對(duì)于保證作業(yè)安全也有著重要的意義。

針對(duì)起重運(yùn)輸機(jī)械領(lǐng)域測(cè)量焊接箱形梁焊縫材料斷裂韌度研究方法少的問(wèn)題,應(yīng)用斷裂力學(xué)、材料力學(xué)和數(shù)值分析理論進(jìn)行理論推導(dǎo),得到1種測(cè)量焊接箱形梁焊縫材料斷裂韌度的試驗(yàn)新方法——應(yīng)變法,并采用該方法測(cè)量了q235鋼板制成的焊接箱形梁焊縫材料的斷裂韌度,為研究焊接箱形梁的裂紋擴(kuò)展、載荷限制和斷裂判斷問(wèn)題提供良好的支持。

通過(guò)對(duì)輪胎式起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)有限元建模分析,找出其易產(chǎn)生疲勞裂紋危險(xiǎn)部位.根據(jù)斷裂力學(xué)理論,利用損傷容限法對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行疲勞分析,得出轉(zhuǎn)臺(tái)的理論計(jì)算壽命以及相關(guān)的分析結(jié)論,為相應(yīng)的設(shè)計(jì)提供參考.

門式起重機(jī)的制造中，主梁的焊接至關(guān)重要。文章通過(guò)對(duì)主梁主材q235b鋼的材料化學(xué)分析、焊接要求分析后，初步確定焊接方法和焊接材料，制定了焊接工藝評(píng)定方案，按焊接工藝評(píng)定要求進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果制定了詳細(xì)的焊接加工工藝并制作樣品進(jìn)行承載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明焊接工藝可行。

單梁起重機(jī)箱形主梁與箱形工字梁的比較

根據(jù)不同質(zhì)量塔機(jī)結(jié)構(gòu)件焊接節(jié)點(diǎn)可能存在的缺陷和制作偏差,運(yùn)用斷裂力學(xué)分析方法,分析缺陷和制作偏差對(duì)結(jié)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命的影響,對(duì)不同質(zhì)量塔機(jī)結(jié)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命進(jìn)行計(jì)算,提出缺陷和制作偏差的控制建議。