通用桥式起重机金属结构载荷谱及寿命分析

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随着我国大力推进基础设施的建设,努力向着工业化强国的目标迈进,起重机械在这一过程中的作用越发的凸显。现阶段我国有大量的起重机械被广泛用于国民经济建设当中,但是由于制造精度的不同、工作条件的不同、维修养护能力不同等造成即使同一批出厂的起重机械寿命也会有所差距。每年国内外都有起重机事故的发生,对人的生命安全及财产造成了不可挽回的伤害,其中又属桥式起重机在大型特种设备中发生伤亡事故率最大。根据以往的大量案例表明,桥式起重机最常见的破坏形式是疲劳破坏,它是因裂纹萌生及发展,最终导致了断裂的发生。对于桥式起重机来说,当其主梁金属结构的裂纹发展至临界裂纹时,往往就代表着其整个工作寿命的终结。有效可靠的对起重机械寿命进行评估,能够及时的发现起重机的安全问题,对其进行补强或更换,发挥出起重机的最大经济效益,并且及时对起重机进行报废处理避免安全事故的发生,对于起重机设计、制造、实际使用及维护具有指导意义。现阶段虽然对于起重机寿命评估的方法有很多,但很少有以损伤力学与载荷谱二者相结合的方法对起重机寿命进行评估的研究。连续损伤力学(CDM)相较于其它寿命预测的方法,有可靠的力学基础与物理意义,能够较为准确评估宏观裂纹出现前的寿命,这一阶段的寿命被称为材料的前期寿命。载荷谱的统计与处理对损伤累积的计算有着重要的作用,其为设备的寿命评估提供依据。本课题首先对通用桥式起重机主梁金属结构的材料Q235B钢进行了静拉伸和疲劳试验。对Q235B钢在室温环境下,使用不同应力幅值(220~300MPa)进行应力控制的疲劳试验,通过试验数据拟合出最大应力与寿命的函数关系。在连续损伤力学的理论基础上,以双对数的形式拟合得出lg(1-)与lg(1-/1))的线性关系,继而确定出损伤退化模型中的初始损伤值0和损伤指数,从而建立室温环境下的Q235B钢损伤退化模型。按照实际通用桥式起重机型号,基于通用桥式起重机的主梁强度、水平刚度及垂直刚度构建了通用桥式起重机模型,并确定危险点。统计实际某厂的通用桥式起重机一个月的起吊次数及起吊载荷,通过建立的有限元模型仿真其每个载荷作用下的危险点应力,运用雨流计数法对数据进行处理,编制成应力谱。根据编制的应力谱,结合建立的损伤退化模型评估通用桥式起重机主梁金属结构的前期寿命大约为26.1年。
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