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塔式起重机起重臂疲劳裂纹扩展及寿命研究.pdf


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西安建筑科技大学硕士学位论文
塔式起重机起重臂疲劳裂纹扩展及寿命研究
专 业:机械电子工程
硕 士 生:孙 环
指导老师:贺利乐 教授
摘 要
随着城镇化建设的不断发展,建筑施工对塔式起重机(以下简称塔机)的需
求越来越大,塔机的满载率、工作繁忙度也加重,出现倒塌、断臂等安全事故日
益增多,其中塔机起重臂的断裂最为严重。
塔机结构主要是格构式空间桁架且大多为焊接结构,故其主要的失效形式为
疲劳断裂。塔机焊接构件因焊接缺陷或疲劳应力的交互作用萌生裂纹,裂纹的存
在将大大地降低构件的疲劳寿命,但裂纹萌生时间较短,故裂纹扩展阶段是疲劳
寿命的决定性因素。
本文基于结构疲劳强度理论和断裂力学知识,阐述了塔机结构件的疲劳破坏
机理及破坏类型,根据 QTZ40 塔式起重机的结构参数,基于 APDL 语言和 Visual
Basic 软件对塔机起重臂参数化建模进行封装,从而实现了塔机结构建模的参数化
及可视化;在 ANSYS 有限元分析软件中对塔机起重臂进行静应力分析,获得了
塔机起重臂除去根部两跨变幅小车不能达到位置外的 34 种载荷工况下的应力,同
时显示了 5 种典型工况下的应力图,为塔机起重臂焊接结构的疲劳强度分析提供
了依据;同时考虑残余应力的影响,在 ABAQUS 有限元软件中,计算了塔机起
重臂焊接结构件疲劳裂纹的应力强度因子,并通过仿真分析建立了裂纹应力强度
因子幅与裂纹长度的函数关系,进而分析了其对塔机起重臂疲劳寿命的影响;最
后,结合参考文献中 QTZ40 塔机载荷起升数据,编制塔机的载荷时间历程,并运
用 Fatigue 疲劳分析软件进行了塔机结构疲劳强度计算和疲劳寿命估算,从而为合
理安全使用塔机、制定塔机相关检测规则及结构的安全维护提供了参考。
关键词:塔式起重机;疲劳裂纹扩展;参数化建模;可视化;Fatigue
西安建筑科技大学硕士学位论文
Tower crane jib fatigue crack propagation and longevity research
Speciaity: Mechanical and Electronic Engineering
Name: Sun Huan
Instructor: Lile
Abstract
With the continuous development of urbanization construction, the construction
demand for tower crane (hereinafter referred to as the tower crane) is more and more
big, the tower crane load factors, job busy also is aggravating, occurrence collapse,
armless and other safety accidents are increasing, the fracture of hoist boom of tower
crane is most serious.
The structure of tower crane is mainly lattice type space truss and mostly for
welding structure, therefore, the main form of failure is fatigue fracture. Tower crane
welded components due to welding defects or fatigue stress the interaction of the crack

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  • 上传人陈潇睡不醒
  • 文件大小2.80 MB
  • 时间2021-10-22