考虑动态效应的塔机结构健康监测和寿命评估方法的研究

发布时间：2020-08-13 01:40

【摘要】：随着经济建设的快速发展,塔机以其起重量大、作业空间范围广、工作效率高等优点被广泛应用于工程中。近年来塔机安全事故频繁发生,事故原因多为结构突然破坏失去承载能力。在塔机使用过程中对其进行结构健康监测和寿命评估可有效防止事故发生。由于塔机结构和工况较为复杂,现有研究成果应用在工程实际中存在监测数据量大、普遍适用性较差、工作效率较低等问题。本文以水平臂式塔机为研究对象,在监测部分杆件内力的基础上,结合建立的工作外载荷计算模型、动力学模型、寿命评估模型实现对反映塔机结构健康的超载情况、整机工作稳定性、强度和疲劳寿命指标进行实时评估,为工程应用提供理论基础。基于对塔机不同工况下工作特点与受载形式的分析,明确了塔机结构健康监测中所需得到的工作外载荷。分别在起升回转平面对吊臂和平衡臂进行受力分析,得到工作外载荷计算模型,并确定了所需监测杆件的具体位置。分析确定了塔机结构健康的指标,确定了塔机结构健康的评估方法。应用QT15型塔机的ANSYS分析结果对工作外载荷计算模型的正确性进行了验证。基于水平臂式塔机的结构特点,将格构式结构等效为实腹式,应用模态综合法分别在起升和回转平面建立了缩减自由度的简化动力学方程。将工作外载荷等效到单元节点上,应用模态叠加法对动力学方程进行求解。通过得到单元节点响应,计算得单元节点载荷,计算得到塔机结构的应力响应。应用QT15型塔机的ANSYS分析结果对动力模型的正确性进行了验证。对基于名义应力法对塔机进行寿命评估的方法进行了详细分析。采用雨流计数法提取应力响应的实际工作循环次数,结合构件的S-N曲线并应用线性疲劳累积损伤理论计算危险位置的疲劳损伤。对塔机疲劳损伤影响因素进行分析,以起升、变幅、回转和卸载循环系数表示疲劳损伤与运行参数的关系,进一步提出了基于塔机运行参数的寿命评估方法。建立了QT15型塔机基于运行参数的寿命评估模型,分析起升质量、工作幅度等运行参数对塔身主弦杆疲劳损伤的影响。基于QT15型塔机进行实验设计与分析,根据工作外载荷监测策略布置应变片实现工作外载荷的计算,验证了工作外载荷监测策略的正确性和实际可行性。在塔身主弦杆根部布置应变片,提取不同工况下的应力响应与简化模型计算结果对比,验证了简化动力学模型的正确性。分别基于名义应力法和运行参数寿命评估模型对塔身主弦杆的疲劳损伤进行计算,验证了基于塔机运行参数的寿命评估方法的正确性和实际应用价值。本文系统的研究了塔机结构健康监测和寿命评估的方法,建立了具有普遍适用性的工作外载荷监测计算方法,简化动力学模型和基于塔机运行参数寿命评估方法,实现了实时高效的对塔机超载情况、整机工作稳定性、结构强度、疲劳寿命等健康指标的评估,为塔机结构健康的实时监测提供理论基础。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH213.3
【图文】：

倾翻,塔机

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第 1 章绪论1.1 课题背景及研究的目的和意义目前我国在冶金、电站、造船厂、港口、高层建筑等领域的重点工程建设持续增多，塔式起重机作为典型的起重设备被广泛应用于国防、工业、民用建筑业[1]。为了适应工程需求，塔机正向着大型高速、轻柔大吨位、专业耐久化发展[2-3]。然而，近年来，塔机安全事故频繁发生，对人身和财产造成了重大伤害。2008 年葫芦岛有色金属集团公司铜冶炼技术改造项目作业区建筑施工中，一台塔机倾翻，致使司机死亡，起重机报废，损失惨重，如图 1-1[4]。塔机安全问题的日益突出引起了各国重视。德国、英国、中国等国家的相关机构相继制定了安全检测标准和方法[5]。我国制定的 GB/T28264-2012《起重机械安全监控管理系统》规范规定塔式起重机需对起重量、起重力矩、工作幅度等参数进行监测[6]。

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【参考文献】