基于断裂力学的塔式起重机疲劳性能分析

发布时间：2017-05-04 10:15

  本文关键词：基于断裂力学的塔式起重机疲劳性能分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：塔式起重机是一种高效便捷的建筑施工设备，已经在各种工程作业中得到了广泛的应用，其安全可靠性能也成为了施工安全的重要指标之一。塔式起重机安全事故的原因大多是因为其结构出现缺陷并较长的服役期所致，因此造成结构发生疲劳破坏。由于经济条件相对落后，国内很多正在使用的塔机都属于上世纪六七十年代设计生产的产品。由于这些塔机的设计相对已经落后，随着长时间的使用，必然会产生安全事故。为了保障操作人员的安全和工程的顺利，必须对这些塔机的疲劳寿命和安全性能有一个合理的评估。基于此，本文以QTZ630塔机作为研究对象，利用商业有限元软件ABAQUS和疲劳分析软件FE-SAFE，分析了其在恶劣环境下工作的疲劳寿命和不同初始缺陷对其寿命的影响。 首先，结合疲劳理论和塔式起重机实际工作情况，确定采用高周疲劳理论中的名义应力法对塔式起重机械的疲劳寿命进行估算，并对塔机的结构进行了合理的简化。利用ABAQUS软件对南昌联泰滨江工地上普遍使用的QTZ630型塔机进行建模。根据塔机的工作情况，以起重臂每一跨点作用的额定载荷为一工况，，共建立了28种工况，并计算了每一工况下塔机机构所受静应力值，为后面的疲劳寿命分析做准备。 其次，通过观测统计塔机小车的作业情况，并利用统计学原理对观测的数据进行分析处理，得到了小车在各工况下工作的频数，并以此为基础，编制了塔机的载荷谱。利用疲劳分析软件FE-SAFE将前面计算的各工况下结构的静应力值和编制的载荷谱结合，分析得到了塔机的疲劳寿命。 最后，根据损伤容限性原理，给塔机植入一定的初始缺陷，以此来分析塔机的裂纹扩展寿命。然后通过合理的简化，将其转化成平面问题，在此基础上分析了不同的夹杂和空洞对不同初始角度的裂纹的影响。分析结果表明：随着初始角度的增加，裂纹的应力强度因子也不断增大；对初始的空洞缺陷，随着空洞直径的不断增大，裂纹的应力强度因子也不断增大；对不同弹性模量的夹杂，随着弹性模量的增大，应力强度因子也在不断增大。通过对平面裂纹的分析验证，说明了不同的初始裂纹角度和不同的空洞直径及不同强度的夹杂对塔式起重机的扩展寿命有很大的影响，从而对具有初始缺陷的塔式起重机的剩余疲劳寿命分析起到了非常重要的参考作用。
【关键词】：塔式起重机 有限元 疲劳寿命 裂纹扩展
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH213.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 本文研究背景8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.2.1 塔机剩余寿命预测现状9-10
• 1.2.2 塔机寿命评估趋势10-11
• 1.3 本文研究的目的和意义11
• 1.4 本文的研究思路和技术路线11-12
• 1.4.1 研究思路11
• 1.4.2 主要研究技术路线11-12
• 1.5 本章小结12-13
• 第二章 塔式起重机结构疲劳分析基础理论13-24
• 2.1 疲劳损伤的定义13
• 2.2 塔机的疲劳类型13-14
• 2.3 疲劳分析方法的确定14-16
• 2.4 塔式起重机疲劳寿命估算方法确定16-20
• 2.4.1 名义应力法16-17
• 2.4.2 材料的 S-N 曲线17-19
• 2.4.3 疲劳极限线图19-20
• 2.5 疲劳累积损伤理论20-21
• 2.6 断裂力学法21-23
• 2.7 本章小结23-24
• 第三章 基于 ABAQUS 的塔机有限元分析24-38
• 3.1 有限元法简介24-26
• 3.1.1 有限元法的形成及其基本思想24
• 3.1.2 有限元法的分析过程24-26
• 3.2 塔机的有限元建模26-31
• 3.2.1 塔机的总体结构及组成26-27
• 3.2.2 QTZ630 塔机基本参数27-28
• 3.2.3 塔机模型及载荷的简化28-29
• 3.2.4 塔机边界条件的处理29-30
• 3.2.5 有限元建模30-31
• 3.3 风载下工作的塔机有限元分析31-37
• 3.3.1 结构静力分析基础31-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 塔机的疲劳寿命分析38-53
• 4.1 疲劳分析基础38-40
• 4.1.1 分析方法的选择38
• 4.1.2 FE-SAFE 软件疲劳分析的过程38-40
• 4.1.3 疲劳寿命分析步骤40
• 4.2 载荷时间历程40-48
• 4.2.1 变幅载荷时间历程40-44
• 4.2.2 变幅载荷时间历程44-47
• 4.2.3 冲击载荷时间历程47-48
• 4.3 基于 FE-SAFE 的塔机寿命分析48-52
• 4.3.1 有限元分析结果的导入49
• 4.3.2 材料属性设置49-51
• 4.3.3 工况与载荷时间历程关联并进行疲劳分析51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 初始缺陷对塔机性能影响的分析53-62
• 5.1 初始缺陷的简化分析53-55
• 5.2 初始裂纹方向对疲劳寿命的影响55-57
• 5.3 孔洞对疲劳寿命的影响57-59
• 5.4 夹杂对裂纹疲劳寿命的影响59-61
• 5.5 本章小结61-62
• 第六章 结论62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-67
• 论文发表情况67-68
• 致谢68-69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：344889