焊接结构件疲劳裂纹扩展的数值研究

针对焊接结构件中出现地裂纹现象,建立塔式起重机起重臂有限元模型。采用有限元数值模拟,同时考虑残余应力的影响,计算QTZ40塔机起重臂下弦杆与水平腹杆焊接处在变幅小车满载和空载状态下,不同长度裂纹对应的应力强度因子,建立裂纹应力强度因子幅与裂纹长度的函数关系,进而估算塔机起重臂的疲劳寿命。结果表明:应力强度因子幅随裂纹长度的增加而增大,当裂纹长度到达某一值后,应力强度因子幅呈指数型加快形式,故采取有效措施防止裂纹的快速扩展,可提高结构的疲劳寿命。     

桁架式起重机臂杆修复焊接工艺特点

编辑手语：桁架式起重机主弦杆节点焊缝质量对臂杆整体质量至关重要。作者通过深入研究、反复实践,制定了合理的焊接工艺规程,先后修复65节臂杆。试验与使用证明,焊缝质量全部达到了原臂杆的质量要求。有参考价值。1．基本情况桁架式起重机臂杆,是由4根带有销耳的主弦杆及数十根规格尺寸各异的腹杆组成。臂杆总长及矩形断面的尺寸,按起重机规格、型号不同各有差异。腹杆与主弦杆的连接采用贴角焊,在主弦杆上形成K形、T形、V形或其组合型式的节点,臂杆为焊接结构。在臂杆制造过程中,由于腹杆长度公差、与主弦杆相贯面形状公差以及…     

桁架结构K形节点焊缝应力分布规律的研究

由于K形管焊缝周围的应力分布受载荷形式影响,首先针对履带起重机臂架中K形管的受力特点,对K形管常用的几何参数进行分析,建立了45个适应于履带起重机桁架臂几何参数的K形管有限元模型。其次,采用热点应力法并考虑K形管的弯曲次应力,得出了K形管焊缝周围应力集中系数随几何参数的分布规律。通过分析可知,在履带起重机典型载荷形式下,K形管焊缝周围的应力集中系数受几何参数影响,最大应力集中系数出现在跟点处,且冠点处与跟点处应力集中系数接近,而鞍点处最小,为履带起重机的抗疲劳设计提供了重要的数据参考。     

轻载长悬臂桁架结构的优化设计

以轻载长悬臂桁架为研究对象,分析其受力特征,建立以结构总质量为优化目标,以结构强度、刚度、局部稳定性等为约束条件的数学优化模型;通过Design Exploration工具对局部求解区间内的弦杆与腹杆外径寻优求解,得到相同结构、不同载荷条件下的优化解及灵敏度分析图,结果表明:增大弦杆外径可有效提高桁架整体结构强度和刚度,但腹杆对结构刚度和强度的影响效果较复杂,该结论对结构改进与类似结构设计具有一定的指导意义.最后对优化求解后的桁架结构进行有限元分析,由最大组合应力云图和总变形云图可知,优化后的桁架能满足设计要求且结构材料得到了充分利用,该设计方法较传统设计方法效率更高、设计结果更合理.     

老龄导管架平台管节点表面裂纹分析

以某老龄导管架平台管节点的表面裂纹为研究对象,采用有限元方法的子模型技术和断裂力学理论,对平台结构整体及裂纹尖端局部断裂力学进行分析.以ANSYS软件为有限元分析工具,构造T型管节点焊缝处的3D表面裂纹,研究裂纹损伤对平台整体响应的影响;采用子模型技术获得管节点局部的详细应力分布,分析裂纹尺寸和管壁减薄等因素对裂纹应力强度因子的影响,为含裂纹平台结构安全评估提供一种精细分析方法.     

清窑机长悬臂桁架结构的有限元分析及优化设计

以清窑机的长悬臂桁架结构为研究对象,分析其力学特征,确定以空载和工作状态两种工况为设计计算工况;采用Design Modeler建模工具,以概念建模方式建立了桁架的圆管截面、线体单元的三维模型;通过有限元分析模块Static Structural对桁架结构在空载与工作状态分别进行静力学分析,得其最大组合应力与总变形云图;以桁架结构质量为优化目标,以材料强度、结构刚度与腹杆固定壁厚为约束条件,通过Design Exploration工具优化桁架的弦杆与腹杆外径,优化后的桁架结构质量由4 627 kg减少到3 466 kg,减轻约25%,减少平衡配重约48 000 N·m,达到了结构优化设计、降低设备成本的目的。     

塔式起重机臂架优化设计

臂架是塔式起重机的主要承载受力构件,其承载能力直接影响整机的起重性能与安全;桁架是塔式起重机臂架的典型结构形式,臂架稳定性是限制桁架臂承载能力的主要力学问题之一。文中基于屈曲理论对臂架进行稳定性计算,同时通过有限元法讨论了初始缺陷系数对桁架臂最大承载能力的影响,并结合桁臂架破坏试验对其承载能力进行评估。经与试验对比,验证了有限元方法的正确性,说明设计标准中理论计算的保守性与局限性。另外,还采用有限元方法讨论了臂架主弦及腹杆规格、跨数等对臂架屈曲失稳性能的影响,其分析结果可为设计提供参考依据;采用匹配合理的主弦和腹杆截面尺寸以提高桁架式臂架的抗屈曲能力。经对塔式起重机臂架进行匹配优化设计研究,在保障结构安全的基础上,结构实现轻量化为13.5%。     

起重机桁架臂疲劳裂纹形成寿命影响因素分析

起重机桁架臂结构复杂、载荷多样,由于焊接质量或应力集中的影响,臂架部分危险区域处于弹塑性变形阶段,采用应变参数进行分析是比较合理的。以起重机桁架臂疲劳裂纹形成阶段为研究区间,应用局部应力应变法,结合修正Neuber法,建立起重机疲劳裂纹形成寿命算法模型,并对影响疲劳裂纹形成寿命的三个主要因素进行了分析对比,并进行了起重机K型节点疲劳寿命试验。当材料一定的情况下,应力集中系数对疲劳裂纹的形成寿命影响最大,其次是平均应力。针对影响因素大小,提出了桁架臂空间结构优化建议和工艺处理改善措施。     

含缺陷起重机箱形梁结构断裂分析与有限元仿真

针对起重机箱形梁结构的高发性疲劳裂纹,以线弹性断裂力学理论为基础,结合集装箱门式起重机实际裂纹扩展机理和整机的有限元结果,推算出典型工况下应力强度因子的理论值;利用ANSYS的Shell-Solid子模型技术和参数化设计语言(APDL),建立参数化的裂纹子模型。通过有限元分析,研究箱形梁下盖板从中心裂纹扩展至边裂纹情况下的应力分布情况。再利用KCALC后处理命令得到应力强度因子的有限元值,与理论值比较分析。并深入地研究了裂纹参数、主腹板厚度和下盖板厚度等对应力强度因子的影响。为起重机箱形梁结构设计和安全评定提供依据,具有重要的工程实用价值和理论意义。     

起重机箱形梁贯穿裂纹尖端前沿形状简化研究

以36t集装箱门式起重机箱形梁为研究对象,针对结构的疲劳裂纹,利用有限元分析软件Abaqus建立了起重机箱形梁的整体有限元模型和裂纹子模型,采用相互作用积分法分别求解了下盖板和腹板上实际斜裂纹以及相应简化等长裂纹的应力强度因子K_I,研究了起重机箱形梁贯穿裂纹尖端前沿形状简化的合理性。通过对比分析计算结果,发现简化等长裂纹尖端的最大应力强度因子K_I,总是大于实际斜裂纹尖端的应力强度因子值,说明将实际斜裂纹简化成等长裂纹是有效可行的。为起重机箱形梁结构进行断裂分析提供了依据。     

风电齿轮齿根弯曲应力及裂纹特性分析

以风电齿轮为例,利用有限元分析软件ABAQUS,建立了太阳轮简化力学模型,并进行了齿根弯曲应力的分析计算。分析结果与传统计算方法得出的结果基本一致,从而验证了简化模型的正确性。在此基础上,研究了齿轮齿根裂纹特性,分析了初始裂纹长度和外加载荷对应力强度因子(SIF)的影响。结果表明,随着初始裂纹长度的增加,应力强度因子也随之增加,并且应力强度因子与载荷等比例增加。在初始裂纹长度和载荷相同的情况下,应力强度因子KⅠ远大于KⅡ和KⅢ,即在弯曲应力作用下张开型裂纹为风电齿轮轮齿折断失效的主要原因。     

铸造起重机金属结构的疲劳评定方法研究

铸造起重机金属结构的疲劳裂纹源主要位于构造形状突变区域的焊趾部位,裂纹从焊趾处萌生并扩展,因此必须引入局部应力概念对其进行疲劳评定。针对某在役铸造起重机金属结构,分别采用基于中值主S-N曲线的等效结构应力法和基于等效结构应力强度因子的断裂力学法,估算了端梁结构4条主焊缝危险点的疲劳寿命。结合铸造起重机实测裂纹数据进行了反推计算,获得了等效结构应力法的适用S-N曲线和断裂力学法的适用初始裂纹表面长度。研究表明,常规参数的等效结构应力法和断裂力学法是一般焊接结构疲劳评定的有效方法,但针对焊缝质量有特殊要求的重要焊接结构,必须采用合理的参数才能获得较准确的估算结果。     

塔式起重机起重臂臂节更换方法

<正>1.更换臂节的原因2台TC5613型塔式起重机(以下简称塔机)同时于某工地作业,2台塔机中心距离为62.6米,使用高度分别为102.3m和105.1m。由于这2台塔机之间安全距离较近,在风力作用下,低位塔机的起重臂与高位塔机的配重块发生撞击,导致低位塔机起重臂第9臂节的上弦杆、下弦杆、水平腹杆及斜腹杆产生不同程度的变形,部分焊缝出现裂纹,如图1和图2所示。     

基于APDL和UIDL联合技术计算三维表面裂纹应力强度因子

工程上常将裂纹看作是半椭圆表面裂纹。由于建立半椭圆表面裂纹的全裂纹有限元模型并非易事,在应用有限元法求解裂纹的应力强度因子时,常取裂纹模型的1/4进行分析。采用模型分块处理方法,利用Ansys软件,联合APDL和UIDL技术进行二次开发,实现通过简单界面操作建立半椭圆表面裂纹的全裂纹模型,并可将全裂纹模型方便地嵌入到实体结构中。使用该建模方法分别求解了中心半椭圆表面裂纹和斜置半椭圆表面裂纹的应力强度因子,与理论解和文献中的求解结果基本一致。表明使用该二次开发建立的全裂纹模型求得的应力强度因子是准确可靠的。该联合开发的建模功能可以用来求解复杂外载和复杂结构的应力强度因子,对工程实际应用有重要的应用价值。     

加强筋对三维裂纹应力强度因子的影响

对含有表面裂纹的构件,采用加强筋进行局部加强可以阻止或延缓裂纹的扩展。应力强度因子是表征裂纹尖端应力应变场的重要参量,因此研究加强筋对表面裂纹应力强度因子的影响对于加强筋的设计具有十分重要的意义。运用断裂力学的理论,采用有限元分析方法,建立带加强筋的平板表面裂纹三维模型。在裂纹长度不同的情况下,以加强筋的位置、长度、宽度和厚度为参数,分析了不同参数对裂纹应力强度因子的影响。结果表明,应力强度因子与加强筋的位置、宽度及厚度有关,长度对其影响可以忽略。     

基于Schwartz-Neuman交替法的压力容器内接管表面裂纹的断裂力学分析

采用Schwartz-Neuman交替法计算了一个典型反应堆压力容器内接管应力集中处1/4椭圆形表面角裂纹的应力强度因子,并分析了角裂纹的应力强度因子随裂纹几何参数变化的规律。为了评估Schwartz-Neuman交替法的精度,首先计算了常规圆管上两种不同形式表面裂纹的应力强度因子,并通过与解析解的比对验证了Schwartz-Neuman交替法的良好计算精度。所得反应堆压力容器内接管应力集中处1/4椭圆形表面角裂纹的应力强度因子与文献[4]中有限元解吻合良好;但与常规有限元分析的计算模型相比,Schwartz-Neuman交替法所使用的单元数仅为前者的1%。算例表明,Schwartz-Neuman交替法不仅计算模型简单,并且可以准确地分析复杂结构中任意形状和深度的表面裂纹,因而它在三维复杂结构中裂纹的应力强度因子计算上具有明显的高效性。     

厚壁筒双轴向表面裂纹尖端应力强度因子影响因素的研究

在现有文献对平面结构任意分布多裂纹间相互作用影响因素及厚壁筒轴向表面单裂纹尖端应力强度因子分析的基础上,提出了包含裂纹尖端应力强度因子影响因素的厚壁筒双轴向表面裂纹尖端应力强度因子公式.根据有限元方法,利用ANSYS软件对不同厚壁筒壁厚比、不同裂纹深度比及不同裂纹夹角情况下双轴向表面裂纹尖端应力强度因子进行了计算,分析...     

离心转游乐设施桁架断裂原因分析

某游乐园离心转设施在载人运行过程中一侧座舱的桁架中部突然断裂,通过对桁架断裂部位及距断裂部位较远位置取样材料进行化学及力学性能分析,对断裂部位取样进行断口宏观、焊缝组织、显微组织及扫描电镜断口分析,结合使用工况及技术文件,对桁架结构、材料、焊缝质量及断裂原因进行了分析。结果表明:桁架存在结构缺陷及严重交变偏载问题,桁架弦杆、腹杆材料及焊接结构存在缺陷;维护不当,桁架西南弦杆断裂后未能及时发现,造成受损桁架长时间带伤服役。     

铸造起重机结构疲劳再制造关键技术

铸造起重机常在高工作级别中工作,由于焊接工艺的缺陷,在使用过程中经常产生焊缝开裂等情况,需要进行焊接修复,修复的质量决定了起重机安全运行的时长。针对以上问题,文中提出了一种基于强度的起重机焊缝开裂修复的设计方法,通过对铸造起重机进行实地测量和分析确定易开裂的焊缝位置,并建立对应的有限元整机模型;对产生开裂位置处局部结构进行改进,确定局部应力变化范围,划分子模型;同时以子模型作为研究对象,导入Ansys软件中进行局部应力分析,以加固结构的最大等效应力作为优化目标,对修复结构的特征几何尺寸进行多参数的耦合仿真试验分析,采用交叉试验方法最终得到强度最高的焊缝裂纹修复结构。     

埋头紧固件椭圆形表面裂纹应力强度因子的三维有限元分析

采用裂端为 2 0节点奇异单元的三维有限元模型 ,对工程中常见的 90°、10 0°、12 0°埋头紧固件埋头部分与直杆部分相交处的表面裂纹 ,以及直圆杆表面裂纹的应力强度因子进行了计算分析。给出了圆直杆以及 90°、10 0°、12 0°埋头紧固件椭圆形表面裂纹的应力强度因子拟合公式。研究结果表明 ,本文的应力强度因子计算方法和计算结果是有效的。本文的工作可为埋头紧固件的损伤容限分析提供应力强度因子。