基于等效结构应力法的钢吊车梁焊缝疲劳分析

摘要

伴随着中国经济的快速发展，钢吊车梁在各行各业中有着越来越广泛的应用，随之而来的一些问题也亟待研究和解决。很多厂房中的重级和特重级钢吊车梁在经过反复运行后会出现不同程度的疲劳损伤，主梁是钢吊车梁的主要受力部件。因而，主梁对疲劳的抵抗能力直接决定着该吊车梁的使用寿命。通过不断的研究发现，钢吊车梁的疲劳破坏大部分是发生在焊缝处。因而，对钢吊车梁焊缝疲劳问题的研究有着较现实的意义。基于上述原因，本文以某工厂钢吊车梁为研究对象，采用等效结构应力法对钢吊车梁焊缝疲劳进行了系统的研究与探索。
　　1、介绍了钢吊车梁的系统结构并详细分析了其疲劳裂纹的产生的规律与分类以及形成原因，同时介绍了本文研究的主要四条焊缝位置。
　　2、根据现行钢规对钢吊车梁进行设计上的验算，包括强度、稳定性、疲劳以及变形验算，计算结果表明，其符合规范要求。
　　3、荷载谱的编制是疲劳计算中的一个非常重要的工作。荷载时间历程直接决定了吊车梁的疲劳强度和疲劳寿命。基于此，本文使用ANSYS有限元分析软件对钢吊车梁进行静态和瞬态分析，模拟吊车梁的工作过程，获得危险点在不同工况下吊车梁模型的节点荷载时间历程，然后利用雨流计数法和概率统计法对荷载时间历程进行荷载谱编制。
　　4、着重介绍了由华裔科学家Dongpingsha教授等人研究的最新成果——等效结构应力法。区别于名义应力法、结构应力法、缺口应力应变法和断裂力学等方法对网格较敏感，本文验证了等效结构应力法具有的网格不敏感性；此外，还对钢吊车梁的敏感焊缝进行了寿命评估，并根据Miner理论计算了焊缝的累积损伤比。
　　5、通过对比分析研究了焊脚尺寸hf的变化对焊缝焊趾处的疲劳寿命的影响。结果表明随着焊脚尺寸的增大，由于应力集中因子的显著提高，使得焊缝处焊趾疲劳寿命降低。此外，还通过模拟计算了间隙在0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm四种情况下的焊缝疲劳寿命。发现随着间隙的增大，其疲劳寿命基本保持不变。但这四种情况与间隙为0mm时相比，焊缝疲劳寿命均减小，且0.2mm时减小最大，约为7.56％。