空间网格结构钢管—焊接空心球悬挂吊点静力及常幅疲劳性能试验和理论研究
本文关键词：空间网格结构钢管—焊接空心球悬挂吊点静力及常幅疲劳性能试验和理论研究 出处：《太原理工大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
更多相关文章： 疲劳 空间网格结构 悬挂吊点 钢管—焊接空心球节点 有限元分析
【摘要】：焊接空心球节点网格结构由于其跨度大、受力合理及施工方便等特点被广泛应用于工业建筑,尤其是带悬挂吊车的工业厂房中。由于悬挂吊车的作用产生反复交变荷载,网格结构及悬挂吊点可能产生疲劳破坏。网格结构的研究主要集中在其静力性能等方面,而对其节点疲劳性能研究相对不成熟,致使国家现行相关规范对此规定仍不完善。本文在国家自然科学基金项目(51578357)和山西省自然科学基金项目(2015011062)的联合资助下,针对常用的悬挂吊点——“钢管—焊接空心球”节点(简称“管—球”节点)进行静力及常幅疲劳的试验与理论研究,主要研究工作和结论如下:(1)基于太原周边实地调研,结合悬挂吊点相关的设计规范和手册等,采用正交试验设计方法,以焊接空心球直径D、焊接空心球壁厚T、钢管直径d、钢管壁厚t四个因素为变量,各个变量均按三个水平考虑,设计并加工完成9个节点试件。(2)采用MTS试验机进行了8个节点试件的静力性能试验,并采用有限元分析软件ANSYS、ABAQUS进行了9个试件的静力分析,摸清了该类节点的应力分布规律并取得了热点应力所在位置;针对“管—球”节点应力集中的主要因素进行分析讨论,得到了不同因素对其影响程度和相关性;建立了考虑焊缝焊脚尺寸折减效应的节点热点应力集中系数的计算公式。(3)采用MTS试验机完成了8个“管—球”节点在较高应力幅作用下的常幅疲劳性能试验,获得了8个有效常幅疲劳试验数据点;并计算得出其节点名义允许应力幅[]62 10?100.02MPa?(35)(28)。(4)采用断裂力学方法,对“管—球”节点进行常幅疲劳寿命估算,估算所得其理论疲劳寿命值低于试验疲劳寿命值;重点探讨了裂纹不同初始长度对裂纹扩展寿命的影响,得出了若初始裂纹尺寸增大十倍,则裂纹的疲劳扩展寿命缩短80%左右。(5)采用有限元软件ABAQUS的XFEM技术,选择代表性“管—球”节点进行有限元分析,得出了单次循环下裂纹出现位置和扩展方向;对比节点试验结果,提出了该类节点常幅疲劳试验关键控制参数的建议值:产生裂纹的参考位移值设置为5%(35)U,失效位移参考值设置为10%(35)U。
[Abstract]:The grid structure of welded hollow spherical joints is widely used in industrial buildings because of its large span, reasonable force and convenient construction. Especially in industrial buildings with suspended cranes, repeated alternating loads are produced due to the action of hoisting cranes. Grid structure and suspension point may cause fatigue damage. The research of grid structure is mainly focused on its static performance, but the research on fatigue performance of its joints is relatively immature. As a result, the relevant national regulations are still not perfect. This paper is in the project of National Natural Science Foundation of China (51578357) and the Natural Science Foundation of Shanxi Province (2015011062). With co-financing. The static and constant amplitude fatigue tests and theoretical studies were carried out for the common hanging point "tube-welded hollow sphere" joint (referred to as "pipe-ball" joint). The main research work and conclusions are as follows: (1) based on the field investigation around Taiyuan, combined with the relevant design specifications and manuals of suspension point, the orthogonal design method is adopted to weld the diameter of hollow sphere D. Four factors such as thickness of welded hollow sphere T, diameter of steel tube d, thickness of steel tube wall t are variables, each variable is considered according to three levels. The static performance tests of 8 joints specimens were carried out by MTS test machine, and the finite element analysis software ANSYS was used. ABAQUS made the static analysis of 9 specimens, found out the stress distribution law of this kind of joint and obtained the hot spot stress location. The main factors of stress concentration in "tube-ball" joints are analyzed and discussed, and the influence degree and correlation of different factors on the stress concentration are obtained. A formula for calculating hot spot stress concentration factor of joints considering dimension reduction effect of weld welding foot is established. The constant amplitude fatigue performance tests of eight tube-ball joints under high stress amplitude were carried out by using MTS test machine. Eight effective constant amplitude fatigue test data points are obtained. The nominal allowable stress amplitude of the joint is calculated. [] 62 10? 100.02MPa? By using fracture mechanics method, the fatigue life of "tube-ball" joint is estimated in constant amplitude, and the estimated theoretical fatigue life is lower than that of experimental fatigue life. The effect of different initial length of crack on crack propagation life is discussed, and it is concluded that if the initial crack size is increased by 10 times. The fatigue growth life of the crack is shortened by about 80%.) the representative "tube-ball" joints are selected for finite element analysis by using the XFEM technology of the finite element software ABAQUS. The location and propagation direction of the crack under a single cycle are obtained. Compared with the test results of the joints, the suggested values of the key control parameters of the joints in constant amplitude fatigue test are proposed: the reference displacement value of the crack is set to 5 / 35 U. The reference value of the failure displacement is set to 10 ~ 35U.
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU399
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 张君男;殷之平;黄其青;屈展;李国峰;;基于损伤力学方法的铆接结构疲劳寿命预估[J];应用力学学报;2013年05期
2 李炜;李华军;郑永明;周永;;海上风电基础结构疲劳寿命分析[J];水利水运工程学报;2011年03期
3 刘瑞江;张业旺;闻崇炜;汤建;;正交试验设计和分析方法研究[J];实验技术与管理;2010年09期
4 董石麟;;中国空间结构的发展与展望[J];建筑结构学报;2010年06期
5 吴晓;罗薇;刘璐;黄园园;;在役桥(门)式起重机金属结构疲劳寿命预测分析[J];中国安全科学学报;2010年02期
6 孙建伟;上官艳秋;;德国汉诺威高铁出轨事故的机理分析[J];安全;2009年05期
7 袁熙;李舜酩;;疲劳寿命预测方法的研究现状与发展[J];航空制造技术;2005年12期
8 宋寅;关于起重机钢结构疲劳计算的讨论[J];铁道货运;2003年04期
9 张朋,李梅山,孟宪颐,王凯辉,方家惠,高玉华;塔式起重机钢结构疲劳寿命估算[J];建筑机械;2000年05期
10 卓均之;吊车梁K型对接焊缝焊角尺寸疲劳性能试验研究[J];钢结构;1999年04期
相关会议论文 前1条
1 雷宏刚;董超;尹德钰;;螺栓球节点网架疲劳载荷谱的理论研究[A];第十届空间结构学术会议论文集[C];2002年
相关博士学位论文 前3条
1 焦晋峰;平板网架结构十字形板—焊接空心球连接疲劳性能的理论与试验研究[D];太原理工大学;2013年
2 闫亚杰;空间网格结构中钢管—焊接空心球连接节点疲劳性能的理论与试验研究[D];太原理工大学;2013年
3 冯国庆;船舶结构疲劳强度评估方法研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
相关硕士学位论文 前10条
1 张超;网架结构中M30高强度螺栓的疲劳性能分析与试验研究[D];太原理工大学;2016年
2 王亚兵;在役螺栓球网架结构M22高强螺栓的疲劳分析与试验研究[D];太原理工大学;2015年
3 李彩霞;基于扩展有限元法的裂纹扩展分析研究[D];西南交通大学;2015年
4 杨旭;钢管—焊接空心球连接节点的应力集中与疲劳寿命研究[D];太原理工大学;2013年
5 武进福;焊接钢结构疲劳理论及实验研究[D];太原科技大学;2011年
6 付强;平板网架结构疲劳实用计算方法的研究[D];太原理工大学;2010年
7 杨晓东;网架结构节点疲劳试验设计及数据分析[D];太原理工大学;2008年
8 焦晋峰;基于累积损伤及断裂力学理论的高强螺栓疲劳寿命估算[D];太原理工大学;2005年
9 闫亚杰;螺栓球节点网架疲劳性能的试验研究[D];太原理工大学;2003年
10 韩芸;疲劳寿命在强度稳定综合理论中的运算[D];哈尔滨工程大学;2003年
，本文编号：1389107
本文链接：https://www.wllwen.com/jianzhugongchenglunwen/1389107.html
