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桥式起重机主梁焊接结构寿命预测的研究

作　者: 杜壮
导　师: 王军
学　校: 河北科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 桥式起重机 主梁 疲劳寿命 裂纹 ANSYS
分类号: TH215
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 242次
引　用: 3次
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内容摘要


桥式起重机是我国工业运输中必不可少的工程装备。作为提高装卸作业生产能力的大型起重运输设备,桥式起重机被广泛用于船厂和港口。桥式起重机主梁是典型的大型焊接结构,在焊缝部位不可避免地存在夹渣、切口、咬边和微细裂纹等焊接缺陷,起重机结构开焊、开裂甚至断裂等疲劳破坏会造成桥式起重机金属结构的失效。并且桥式起重机主梁结构复杂,主梁上常常存在着应力集中部位,这些部位在交变的随机载荷作用下容易过早的产生裂纹并最终断裂。因此桥式起重机主梁焊接部位和应力集中部位是应重点检测的。针对桥式起重机主梁结构复杂,其不可避免的出现应力集中部位,应力集中部位在承受随机的交变载荷作用下会较早的出现裂纹。桥式起重机主梁的检测应着重于应力集中部位。利用大型有限元分析软件ANSYS,对桥式起重机主梁进行了数值仿真;得到了主梁应力和应变的分布状况,确定了主梁的危险部位。并对桥式起重机主梁的静态和动态性能进行了评价。由于主梁承受随机的交变载荷,原始的载荷数据无法直接用于疲劳寿命预测和疲劳实验,因此必须对测得的原始载荷数据进行一定的计数处理。根据现场实测和有限元分析结果,应用雨流计数法和波动中心法,编制了主梁裂纹处张开型受力的载荷谱,为疲劳试验和疲劳寿命预测提供了重要的依据。应用VC++编制了桥式起重机状态评价与寿命预测系统。状态评价部分主要依据《起重机监督检验内容要求与方法》对桥式起重机的整体工作状况进行评价,为疲劳寿命预测提供依据。寿命预测系统主要应用局部应力应变法、断裂力学方法结合线性疲劳累计损伤理论。结合实测载荷谱和材料性能参数,可以方便快捷的对主梁在裂纹萌生阶段和扩展阶段的全寿命进行预测。应用本系统和已编制出的裂纹处的张开型应力的载荷谱对主梁裂纹的扩展寿命进行了预测。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 桥式起重机主梁剩余寿命研究的目的和意义  9
  1.2 国内外疲劳强度研究工作概述  9-12
    1.2.1 国外研究概述  9-10
    1.2.2 国内研究概述  10-12
  1.3 课题主要研究内容和技术路线  12-13
第2章 金属结构的疲劳  13-24
  2.1 疲劳的定义和分类  13
  2.2 金属结构疲劳寿命的影响因素  13-18
    2.2.1 应力集中的影响  14-16
    2.2.2 尺寸的影响  16-17
    2.2.3 表面加工状态的影响  17
    2.2.4 载荷的影响  17-18
  2.3 桥式起重机金属结构疲劳寿命的研究方法  18-22
    2.3.1 结构无损探伤检测法  18-19
    2.3.2 有限单元法  19
    2.3.3 断裂力学估算法  19-20
    2.3.4 概率断裂力学法  20
    2.3.5 疲劳分析估算法  20-21
    2.3.6 功率谱密度法  21-22
    2.3.7 反向推算法  22
  2.4 本章小结  22-24
第3章 桥式起重机主梁三维有限元分析  24-34
  3.1 建立模型  24-29
    3.1.1 坐标系  26
    3.1.2 单元类型  26-28
    3.1.3 边界条件  28
    3.1.4 自重载荷  28-29
  3.2 主梁三维有限元分析  29-33
    3.2.1 载荷工况  29
    3.2.2 有限元稳态计算结果分析  29-31
    3.2.3 主梁模态分析与结果分析  31-32
    3.2.4 应力集中处的处理  32-33
  3.3 本章小结  33-34
第4章 桥式起重机主梁疲劳载荷谱  34-42
  4.1 桥式起重机主梁载荷信息采集  35-36
    4.1.1 检测仪器  35
    4.1.2 测点位置及典型工况  35-36
  4.2 雨流计数法  36-38
  4.3 波动中心法  38
  4.4 桥式起重机载荷谱编制  38-41
  4.5 本章小结  41-42
第5章 桥式起重机状态检测与主梁寿命预测系统设计  42-57
  5.1 桥式起重机常规检测系统  42-47
  5.2 疲劳载荷谱编制程序  47-48
  5.3 裂纹萌生阶段寿命预测系统  48-52
    5.3.1 局部应力应变法求解思路  48-50
    5.3.2 程序实现  50-52
  5.4 裂纹扩展阶段寿命预测系统  52-56
    5.4.1 裂纹扩展寿命预测思路  52-54
    5.4.2 程序实现  54-56
  5.5 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-62
攻读硕士学位期间所发表的论文  62-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 起重机械与运输机械 > 起重机械 > 一般用桥式起重机
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