QTZ100平头式塔式起重机起重臂疲劳特性分析

摘要

平头式塔式起重机在安装和使用过程中的优势越来越明显,但由于其发展的历史不是很长,工况载荷对其结构因素的影响还没有得到充分的实践数据验证。目前对于平头式塔式起重机的研究还主要是通过类比的方法来进行结构强度及稳定性设计计算,而对于利用疲劳特性方法并综合载荷、材料、焊接结构等许多不确定因素的影响来分析其结构寿命考虑较少。
　　本文以QTZ100平头式塔式起重机起重臂作为研究对象,利用疲劳理论方法和有限元数值方法得出了起重臂弦杆与腹杆焊接处的疲劳寿命及允许的初始裂纹长度,并结合实验进行了验证。
　　本文的主要内容简述如下:
　　(1)对QTZ100平头式塔式起重机起重臂弦杆与腹杆焊接处进行理论和数值计算,得出弦杆与腹杆焊接处的应力值,并通过对载荷谱的研究得出应力幅值。
　　(2)综合应力幅值和《起重机设计规范》(GB/T3811-2008)对于塔机的设计寿命要求并以经典疲劳理论与高周疲劳损伤理论为基础得出两种理论下允许的初始裂纹长度。
　　(3)将QTZ100平头式塔式起重机起重臂弦杆与腹杆焊接结构处进行简化后试制出疲劳拉伸试样,应用疲劳试验机进行疲劳特性实验,并对其实验结果进行了分析。
　　(4)对QTZ100平头式塔式起重机起重臂焊接结构处进行有限元建模分析,将得出的应力应变场及裂纹扩展形态与理论及实验结果进行了对比。
　　本文着重对焊缝的裂纹扩展寿命及扩展形态进行了研究,得出了在存在不同焊缝裂纹时的疲劳寿命和在设计寿命基础上允许的初始裂纹长度,为塔式起重机起重臂的疲劳寿命预测提供了新的研究方法,同时也为塔式起重机起重臂的疲劳寿命设计提供理论依据。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 塔式起重机起重臂研究现状

1.3 国、内外疲劳损伤寿命研究现状

1.4 课题研究目的、内容及意义

第二章 QTZ100平头式塔式起重机起重臂应力幅计算研究

2.1 应用理论及数值方法计算最大应力

2.2 QTZ100平头式塔式起重机结构应力测试

2.3 QTZ100平头式塔式起重机现场工况

2.4 起重臂结构的载荷谱研究

2.5 起重臂结构应力幅计算

2.6 本章小结

第三章 起重臂焊接裂纹对疲劳寿命的影响

3.1 起重臂焊接裂纹的形成以及对结构的影响

3.2 疲劳裂纹扩展研究及检测方法

3.3 疲劳裂纹扩展寿命的计算方法及裂纹扩展方向

3.4 本章小结

第四章 起重臂弦杆与腹杆焊接处裂纹有限元分析

4.1 有限元分析软件及扩展有限元方法

4.2 起重臂弦杆与腹杆焊接处有限元计算分析

4.3 疲劳寿命使用系数计算

4.4 本章小结

第五章 起重臂弦杆与腹杆焊接处裂纹扩展实验研究

5.1 起重臂焊接裂纹扩展实验研究

5.2 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录（攻读学位期间发表论文及科研成果目录）