平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)十字形板—焊接空心球連接疲勞性能的理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、鑒于平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的眾多優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)不論其應(yīng)用的規(guī)模還是數(shù)量上，均穩(wěn)居世界前列。在平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上設(shè)置懸掛吊車，懸掛吊車所產(chǎn)生的反復(fù)交變荷載給網(wǎng)架結(jié)構(gòu)帶來(lái)疲勞問(wèn)題。平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的疲勞主要包括桿件、焊接空心球及懸掛吊點(diǎn)連接的疲勞，而懸掛吊點(diǎn)連接的疲勞是平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)疲勞破壞的關(guān)鍵部位。十字形板—焊接空心球連接作為懸掛吊點(diǎn)的主要方式之一，相關(guān)的疲勞理論研究及疲勞試驗(yàn)研究進(jìn)展較為緩慢，且相關(guān)懸掛吊點(diǎn)的疲勞設(shè)計(jì)計(jì)算方法在我國(guó)現(xiàn)行的規(guī)范和規(guī)程中屬于空白

2、。上述種種因素給懸掛吊車在平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的推廣應(yīng)用造成了很大的制約。
　　 在兩項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50678109，51178286)的大力資助下，本文重點(diǎn)針對(duì)焊接空心球節(jié)點(diǎn)平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中十字形板—焊接空心球懸掛吊點(diǎn)的疲勞性能進(jìn)行理論與試驗(yàn)研究。其相關(guān)的工作及結(jié)論總結(jié)如下:
　　 1、采用ANSYS有限元軟件，以不同規(guī)格匹配而成的25個(gè)十字形板—焊接空心球節(jié)點(diǎn)（材質(zhì)均為Q235B）為研究對(duì)象進(jìn)行單因素分析，重點(diǎn)討論

3、了節(jié)點(diǎn)相關(guān)尺寸的五個(gè)因素，即焊接空心球直徑D、焊接空心球壁厚ts、十字形板寬度B、十字形板厚度tp和板球連接焊縫焊腳尺寸hf對(duì)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的影響?；诜治鼋Y(jié)果，建立了十字形板—焊接空心球節(jié)點(diǎn)的熱點(diǎn)應(yīng)力集中系數(shù)的計(jì)算公式，其取值區(qū)間為3.176～5.365。研究結(jié)論揭示了應(yīng)力集中和疲勞破壞源的關(guān)系，解釋了十字形板—焊接空心球節(jié)點(diǎn)疲勞強(qiáng)度相對(duì)較低的原因，為建立以熱點(diǎn)應(yīng)力幅為參量的疲勞設(shè)計(jì)方法奠定了一定的理論基礎(chǔ)。
　　 2、設(shè)計(jì)了與本次

4、疲勞試件相匹配的加荷裝置，采用Amsler疲勞試驗(yàn)機(jī)（瑞士），順利完成了25個(gè)十字形板—焊接空心球節(jié)點(diǎn)的常幅疲勞性能試驗(yàn)，得到了25個(gè)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)（6個(gè)異常）。收集了國(guó)內(nèi)已有的9個(gè)常幅疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)。將本文與國(guó)內(nèi)共有的28個(gè)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸統(tǒng)計(jì)分析，得到了S-N曲線。
　　 3、基于得到的常幅S-N曲線，以熱點(diǎn)應(yīng)力和熱點(diǎn)應(yīng)力幅為設(shè)計(jì)參量，建立了平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)十字形板—焊接空心球節(jié)點(diǎn)兩種表達(dá)形式的常幅疲勞設(shè)計(jì)方法;若以N=2×106為

5、基準(zhǔn)期，則[△σ]2×106=19.66 Mpa，[△σh]2×106=62.44Mpa;上述常幅疲勞設(shè)計(jì)方法的建立為國(guó)家相關(guān)規(guī)范或規(guī)程提供了有益的補(bǔ)充，擴(kuò)大了節(jié)點(diǎn)疲勞設(shè)計(jì)方法的的類別。
　　 4、為了揭示十字形板—焊接空心球節(jié)點(diǎn)的變幅疲勞性能，采用代表性的加載模式對(duì)14個(gè)節(jié)點(diǎn)疲勞試件進(jìn)行變幅試驗(yàn)，試驗(yàn)共取得14個(gè)有效的疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用線性累積損傷理論Miner法則和Corten-Dolan非線性累

6、積損傷理論分別對(duì)其變幅疲勞試件進(jìn)行壽命估算，結(jié)果表明:采用Corten-Dolan理論對(duì)十字形板—焊接空心球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行疲勞壽命估算較為合理。
　　 5、借助于電子顯微鏡和放大鏡，進(jìn)行了4個(gè)常幅和4個(gè)變幅典型疲勞試件疲勞斷口的金相分析;揭示了十字形板—焊接空心球節(jié)點(diǎn)常幅和變幅疲勞破壞機(jī)理及斷口特征，常幅疲勞斷口的隨機(jī)性遠(yuǎn)小于變幅疲勞斷口;結(jié)合理論分析和金相分析，得出十字形板—焊接空心球節(jié)點(diǎn)中板肋端部是疲勞源的主要起始部位。