焊接结构件疲劳分析方法及在塔机起重臂上的应用研究

发布时间：2017-05-26 01:01

  本文关键词：焊接结构件疲劳分析方法及在塔机起重臂上的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：焊接结构件疲劳是一个十分复杂的问题，其研究过程中涉及因素众多，加之实验条件和结构件实际工作条件间存在较大差距，国内外研究者们在此方面做了大量工作并取得一定成果，但对于金属焊接结构的疲劳强度和疲劳寿命问题研究仍未取得较通用且精确的结论。塔式起重机（以下简称塔机）是一种典型的金属焊接结构，随着建筑业的飞速发展，其满载率和工作繁忙度也大大增加。近几年来，塔机事故时而发生，并呈上升趋势，根据行业调查，有很大一部分塔机事故是由于结构件疲劳引起的。 本论文基于断裂力学、结构疲劳等理论知识，研究了塔机的实际载荷情况，分析了其疲劳类型，总结出适用于计算塔机疲劳寿命的方法；以陕西省某制造厂生产的QTZ40塔机为研究对象，建立塔机起重臂某节焊接结构有限元实体模型，计算结构焊接残余应力大小及分布。针对塔机起重臂结构特点，制定不同的焊接方案，通过有限元分析软件计算出不同焊接顺序下结构焊接残余应力大小，，分析了焊接顺序对焊接残余应力的影响及焊接残余应力对有载结构疲劳寿命的影响。建立QTZ40塔机起重臂整体有限元模型，根据其起升曲线对其进行静力学分析，计算出了塔机起重臂在各种工况下的应力大小及分布。结合参考文献中同型号塔机实际运行数据，编制载荷时间历程，通过疲劳分析软件MSC.Fatigue计算塔机起重臂在外载荷和焊接残余应力双重作用下的疲劳寿命。分析计算结果，研究了焊接残余应力与外载荷双重作用对塔机起重臂疲劳寿命影响程度。本论文的分析结果对塔机的安全使用和指导下一代塔机的设计与制造具有一定的理论与应用价值。
【关键词】：焊接结构件 疲劳寿命 塔式起重机 起重臂 MSC.Fatigue
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH213.3;TG405
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题提出的背景9-10
• 1.2 国内外疲劳研究的现状和存在的问题10-12
• 1.2.1 国内外疲劳研究概况及现状10-11
• 1.2.2 疲劳研究中存在的问题11-12
• 1.3 本课题研究的目的和意义12-13
• 1.4 本课题的研究内容13-15
• 2 焊接结构件的疲劳理论15-31
• 2.1 金属结构疲劳问题15-18
• 2.1.1 疲劳破坏机理16-17
• 2.1.2 焊接结构疲劳失效17-18
• 2.2 断裂力学基本理论18-22
• 2.2.1 应力强度因子及其断裂判据18-20
• 2.2.2 能量理论及其断裂判据20
• 2.2.3 J积分理论及其断裂判据20-21
• 2.2.4 COD理论及其断裂判据21-22
• 2.3 疲劳裂纹扩展22-24
• 2.3.1 疲劳裂纹扩展速率22-23
• 2.3.2 常用的 da dN公式23-24
• 2.4 焊接结构疲劳寿命影响因素24-28
• 2.4.1 焊接残余应力25
• 2.4.2 应力集中25-26
• 2.4.3 焊接缺陷26
• 2.4.4 平均应力及峰值应力26-27
• 2.4.5 其他因素27-28
• 2.5 塔机起重臂的疲劳28-29
• 2.6 本章小结29-31
• 3 焊接残余应力对机械焊接结构疲劳寿命的影响31-45
• 3.1 焊接残余应力产生机理与分布31-34
• 3.1.1 焊接残余应力产生机理31
• 3.1.2 焊接残余应力分布31-34
• 3.2 焊接残余应力测量方法34-37
• 3.2.1 破坏性测量34-35
• 3.2.2 非破坏性测量35-36
• 3.2.3 数值模拟法36-37
• 3.3 计算塔机起重臂焊接残余应力37-41
• 3.3.1 有限元模型的建立37
• 3.3.2 焊接热源模型37-40
• 3.3.3 计算模型焊接残余应力40-41
• 3.4 焊接顺序对焊接残余应力的影响41-42
• 3.4.1 起重臂焊接方案的确定41-42
• 3.4.2 生死单元技术42
• 3.4.3 计算各种焊接方案下残余应力42
• 3.5 焊接残余应力对塔式起重机起重臂疲劳寿命的影响42-44
• 3.5.1 确定塔机起重外载荷43
• 3.5.2 分析焊接残余应力对结构疲劳寿命影响43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 4 塔式起重机起重臂疲劳寿命分析45-63
• 4.1 塔机起重臂疲劳寿命估算方法45
• 4.2 塔机有限元模型的建立45-50
• 4.2.1 QTZ40 塔机基本参数46-48
• 4.2.2 建立QTZ40 塔机起重臂有限元模型48-50
• 4.3 塔机起重臂有限元静应力分析,50-54
• 4.3.1 确定塔机载荷50-51
• 4.3.2 静应力分析结果51-54
• 4.4 疲劳载荷时间历程54-58
• 4.4.1 载荷数据采集54-55
• 4.4.2 数据统计55-57
• 4.4.3 载荷时间历程57-58
• 4.5 基于MSC.Fatigue的塔机起重臂剩余寿命分析58-60
• 4.5.1 MSC.Fatigue软件简介58-59
• 4.5.2 疲劳寿命估测59-60
• 4.6 本章小结60-63
• 5 结论与展望63-65
• 5.1 结论63-64
• 5.2 展望64-65
• 致谢65-67
• 参考文献67-71
• 附录 硕士研究生学习阶段发表论文71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 卞如冈;崔维成;万正权;李良碧;王铭伟;;焊接残余应力对疲劳寿命影响的定量研究[J];船舶力学;2011年07期

2 梁树林;兆文忠;;焊接结构抗疲劳设计若干问题的思考[J];大连交通大学学报;2011年05期

3 关长林;;从建设部659号文件看断裂力学在塔机行业应用的必要性[J];工程机械与维修;2011年07期

4 吴良晨;王东坡;邓彩艳;王康;;超长寿命区间16Mn钢焊接接头疲劳性能[J];焊接学报;2008年03期

5 侯沂;李世六;王进;陈进;;塔式起重机钢结构疲劳寿命研究[J];土木建筑与环境工程;2009年05期

6 马建;薛彩军;邓亚权;王宏;;起落架结构疲劳寿命预测技术研究[J];机械科学与技术;2010年01期

7 倪红芳,凌祥,涂善东;多道焊三维残余应力场有限元模拟[J];机械强度;2004年02期

8 许忠勇,王利君,余和存;疲劳裂纹扩展的影响因素分析[J];机械强度;2004年S1期

9 关瑞娇;邹建辉;;塔式起重机倾覆的原因及对策[J];建筑安全;2009年06期

10 李守林;吴学松;;中国塔式起重机50年回顾与展望[J];建筑机械化;2007年09期

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1 衣振华;疲劳裂纹扩展研究及在装载机横梁寿命估算中的应用[D];山东大学;2011年

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