钢吊车梁的疲劳寿命分析与预测
发布时间：2020-06-27 05:35
【摘要】：作为制造业大国,中国仍然拥有数量庞大的钢结构工业厂房,并且还在不断新建中。钢吊车梁作为钢结构厂房中的重要构成部分和承受交变荷载的结构,如果发生疲劳破坏,会带来严重的人身威胁和经济损失。工业厂房由于其工作的特殊性或者操作人员的限制,在使用运行过程中不能时刻监控钢吊车梁的疲劳裂纹扩展并及时进行处理。钢吊车梁的疲劳破坏是一个疲劳裂纹萌生和扩展的长期过程,但疲劳破坏的发生又具有突发性,在疲劳裂纹断裂之前往往没有很明显的表观迹象。故通过疲劳寿命预测来合理规划钢吊车梁的运作和检修维护具有重要的应用价值,也能为钢吊车梁的设计和研究提供一定的参考。本文介绍了钢吊车梁的基本结构和分类,并分析了钢吊车梁的疲劳破坏机理。通过Ansys-Workbench软件建立钢吊车梁的有限元模型,模拟吊车在吊车梁上的整个运行过程。计算分析其应力分布规律、应力-时间历程以及变形及应变分布的规律。通过分析钢吊车梁的等效应力分布图,可以知道钢吊车梁在整个工作循环中的最大等效应力出现在吊车梁的端部支座处。本文采用雨流计数法处理钢吊车梁的应力循环分布,可以得到其应力谱,并作为钢吊车梁疲劳寿命预测的基础。现有的钢结构疲劳寿命的预测方法包括:S-N曲线法、基于损伤力学的线性累积损伤法,基于断裂力学的线弹性断裂力学法和概率断裂力学法,DFR法(细节疲劳额定值法)、以及相关钢结构规程中的预测方法。本文分别通过这六种方法对钢吊车梁模型进行疲劳寿命预测,从结果上来看,线性累积损伤法和DFR法计算得到的寿命预测值较为符合预期,适合作为钢吊车梁疲劳寿命评估的主要方法。影响钢吊车梁疲劳寿命的因素有很多,本文主要讨论吊车梁结构形式和加载特点对疲劳寿命的影响。可以发现如果支座形式采用直角突变型,其疲劳寿命预测值明显要比梯形过渡式、圆弧过渡式和角钢封板式的情况高,说明钢吊车梁采用直角突变型支座能够有效优化其支座处的应力集中,提高其抗疲劳性能。支座加劲肋对于钢吊车梁的抗疲劳性能十分有利,能够有效减小支座处的等效应力,提高其疲劳寿命。对于直角突变型支座的钢吊车梁,其端部腹板上下部分截面高度的比值(即1h/h值)也会对钢吊车梁的抗疲劳性能产生影响。当1h/h?0.5时,吊车梁的疲劳寿命预测值较大,其抗疲劳能力最强。吊车竖向荷载的作用位置也会对吊车梁的疲劳寿命产生影响。当吊车梁上翼缘受到偏心竖向荷载时,吊车梁的疲劳寿命会发生明显降低,故在生产活动中应尽量避免吊车竖向荷载偏心作用于吊车梁上。本文探究了不同加固方案对钢吊车梁疲劳寿命的影响结果,可以发现增加支座加劲肋宽度和加焊角钢的加固方法对疲劳寿命的增加幅度尤为明显且较为经济,在技术和环境条件允许下可以极大提升钢吊车梁的抗疲劳性能。本文主要创新点为将基于损伤力学和断裂力学的疲劳寿命预测方法,以及传统上用于民机疲劳评估领域的DFR法应用于钢吊车梁的领域中,并系统分析比较基于不同原理的疲劳寿命预测值。系统分析了钢吊车梁支座处的支座加劲肋等结构形式对吊车梁疲劳寿命的影响,为钢吊车梁的设计、管理、维修和加固提供依据。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU391
【图文】：
吊车梁材料采用 Q345 钢，密度为 7.85×103kg/m3，弹性模量为 2×105MP为 0.3。其中最大起升高度为 16m，起重机最大运行速度 87m/min，小车速度 37.2m/min。具体参数见表 2.5。表 2.5 吊车参数表Table 2.5 parametes of the crane 量吊 车 台数吊 车 跨度（m）吊 钩 类别最 大 轮压（kN）小 车 总重（t）起 重 机总重（t）轮 距（mm）总 （m3.2 1 12 硬钩 100.8 3.74 14.6 4800 62.2 有限元建模本文采用 Ansys-Workbench 软件进行钢吊车梁的有限元模拟分析研究，采元进行吊车梁结构建模。划分单元时对支座端进行局部细分，单元大。吊车梁整个模型共 522884 个节点，326443 个单元。单元每个节点有 x个方向的平动自由度。如图 2.11 所示：
图 3.7 钢吊车梁支座处的应力分布图Fig. 3.7 Graph of the stress at the support of the steel crane runway girder将吊车的一侧轮子开始驶上钢吊车梁的一端作为开始，吊车的另一个车梁的另一端离开作为结束，这段工作时间组成吊车梁的一个工作循环。08 的 Von-Mises 应力在一个工作循环的应力-时间历程如图 3.8 所示。如图示，0s 时，吊车的车轮开始驶上距离节点 22508 较远一侧的吊车梁端部22508 的等效应力开始上升；随着吊车在吊车梁上运行，节点 22508 的等渐上升，直到第 22s 时达到顶峰（最大等效应力处）；然后开始下降，第吊车的一侧车轮驶出此段吊车梁，节点 22508 的等效应力下降的趋势变随着吊车荷载逐步转移到与此段吊车梁相邻的那端吊车梁上，节点 2250应力开始迅速下降。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU391
【图文】：
吊车梁材料采用 Q345 钢，密度为 7.85×103kg/m3，弹性模量为 2×105MP为 0.3。其中最大起升高度为 16m，起重机最大运行速度 87m/min，小车速度 37.2m/min。具体参数见表 2.5。表 2.5 吊车参数表Table 2.5 parametes of the crane 量吊 车 台数吊 车 跨度（m）吊 钩 类别最 大 轮压（kN）小 车 总重（t）起 重 机总重（t）轮 距（mm）总 （m3.2 1 12 硬钩 100.8 3.74 14.6 4800 62.2 有限元建模本文采用 Ansys-Workbench 软件进行钢吊车梁的有限元模拟分析研究，采元进行吊车梁结构建模。划分单元时对支座端进行局部细分，单元大。吊车梁整个模型共 522884 个节点，326443 个单元。单元每个节点有 x个方向的平动自由度。如图 2.11 所示：
图 3.7 钢吊车梁支座处的应力分布图Fig. 3.7 Graph of the stress at the support of the steel crane runway girder将吊车的一侧轮子开始驶上钢吊车梁的一端作为开始，吊车的另一个车梁的另一端离开作为结束，这段工作时间组成吊车梁的一个工作循环。08 的 Von-Mises 应力在一个工作循环的应力-时间历程如图 3.8 所示。如图示，0s 时，吊车的车轮开始驶上距离节点 22508 较远一侧的吊车梁端部22508 的等效应力开始上升；随着吊车在吊车梁上运行，节点 22508 的等渐上升，直到第 22s 时达到顶峰（最大等效应力处）；然后开始下降，第吊车的一侧车轮驶出此段吊车梁，节点 22508 的等效应力下降的趋势变随着吊车荷载逐步转移到与此段吊车梁相邻的那端吊车梁上，节点 2250应力开始迅速下降。
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本文编号：2731393
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