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
[Abstract]:In view of the numerous advantages of the plate truss structure, in our country, the size and quantity of its application are all in the forefront of the world. The suspension crane is set up in the plate frame structure, and the repeated alternating load produced by the suspension crane brings fatigue to the grid structure. The fatigue of the plate truss structure mainly includes the rod, the welded hollow ball and the suspension. Fatigue of hanging point connection is the key part of fatigue failure of plate truss structure. As one of the main ways of hanging point, cross plate welded hollow ball connection is one of the main ways. The related fatigue theory research and fatigue test research progress is slow, and the fatigue design calculation method of related suspended suspension points is used. China's current codes and regulations are blank. All these factors have greatly restricted the popularization and application of suspension cranes in flat grid structures.
Under the support of the two National Natural Science Foundation (5067810951178286), this paper focuses on the theoretical and Experimental Research on the fatigue performance of the cross plate - welded hollow ball suspended point in the plate grid structure of welded hollow ball joints.
1, by using ANSYS finite element software, 25 cross shaped plate welded hollow ball joints (material Q235B), which are matched with different specifications, are used for single factor analysis. The five factors related to the node size are discussed, namely, the diameter of the welded hollow ball D, the welded hollow ball wall thickness TX, the cross plate width B, and the cross plate thickness TP. The influence of the size HF of the cricket joint weld bead on the stress of the joint. Based on the analysis results, a calculation formula for the hot spot stress concentration coefficient of the cross plate welded hollow ball joints is established. The value range is 3.176 ~ 5.365., and the relationship between the stress concentration and the fatigue failure source is revealed, and the cross plate welded hollow sphere is explained. The reasons for the relatively low fatigue strength of the points provide a theoretical basis for establishing the fatigue design method based on the hot spot stress amplitude.
2, a loading device matched with this fatigue test specimen was designed. Using the Amsler fatigue test machine (Switzerland), the constant amplitude fatigue test of 25 cross shaped plate welded hollow ball joints was successfully completed, and 25 fatigue test data (6 anomalies) were obtained. The existing 9 constant amplitude fatigue test data in China were collected. The s-N curves were obtained by regression analysis of 28 fatigue test data.
3, based on the obtained constant amplitude S-N curve, based on the hot spot stress and the hot spot stress amplitude as the design parameters, a constant amplitude fatigue design method for two expressions of the cross plate and welded hollow ball joints of the plate truss structure is established. If the N=2 x 106 is the reference period, [delta sigma]2 x 106=19.66Mpa, [delta sigma h]2 x 106=62.44Mpa], the above constant amplitude fatigue design side The establishment of law provides a useful supplement to relevant national codes or regulations, and expands the categories of nodal fatigue design methods.
4, in order to reveal the variable amplitude fatigue performance of the cross plate - welded hollow ball joints, 14 fatigue test specimens were tested with a representative loading mode, and 14 effective fatigue test data were obtained. By processing the above test data, the Miner rule of linear cumulative damage theory and (?) Corten-Dolan non The linear cumulative damage theory is used to estimate the fatigue life of the variable amplitude fatigue specimens. The results show that the fatigue life estimation of the cross plate welded hollow ball joints is more reasonable by using the Corten-Dolan theory.
5, with the aid of electron microscope and magnifying glass, the metallographic analysis of fatigue fracture of 4 typical fatigue specimens with constant amplitude and 4 amplitude variation is carried out. The failure mechanism and fracture characteristics of the common and variable amplitude fatigue fracture of the cross plate welded hollow ball joints are revealed. The randomness of the constant amplitude fatigue fracture is far smaller than the amplitude fatigue fracture. From the phase analysis, it is concluded that the end of the plate rib in the welded hollow spherical joints is the main starting point of fatigue source.
6, it is feasible to estimate the fatigue life of the cruciform plate welded hollow ball joints with fracture mechanics. The theoretical estimation values are basically the same as the experimental results, but there is a certain error between the theoretical estimated value and the test results, the maximum difference is 30%, and the congenital defects or the size of the crack like cracks in the joints have the crack expansion. The influence of fracture toughness on fatigue life is small.
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TU356
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,本文编号:2148663
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