桅桿結(jié)構(gòu)拉耳裂紋萌生疲勞損傷的評(píng)定.pdf

1、桅桿結(jié)構(gòu)由柔軟的纖繩和細(xì)長(zhǎng)的桿身組成，是高柔結(jié)構(gòu)，在隨機(jī)風(fēng)荷載作用下，容易產(chǎn)生較大幅度的振動(dòng)，疲勞破壞是主要破壞形式。近幾十年來(lái)，大量高聳結(jié)構(gòu)特別是桅桿結(jié)構(gòu)受風(fēng)破壞事故頻頻發(fā)生。大量桅桿事故研究報(bào)告也表明，倒塌事故是疲勞損傷后引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力超過(guò)極限強(qiáng)度而引起的，特別是在桿身弦桿及纖繩與桿身連接處最易受到疲勞損傷，所以拉耳的疲勞壽命的預(yù)測(cè)對(duì)整個(gè)桅桿結(jié)構(gòu)的壽命是很關(guān)鍵的。桅桿結(jié)構(gòu)由于復(fù)雜的隨機(jī)風(fēng)荷載作用及非線(xiàn)性的動(dòng)力特性，致使拉

2、耳的受力狀態(tài)也是非常復(fù)雜的，對(duì)于其疲勞問(wèn)題的研究目前相關(guān)文獻(xiàn)并不多。 為了獲得節(jié)點(diǎn)板處較為精確的應(yīng)力時(shí)程，將纖繩劃分為多個(gè)索元，桿身采用梁?jiǎn)卧?，建立桅桿結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性計(jì)算模型。對(duì)模型施加模擬時(shí)間隔為0.1s的模擬風(fēng)荷載時(shí)程，打開(kāi)大變形選項(xiàng)、選擇Newton-Raphson迭代法并設(shè)定Newmark-β時(shí)間積分參數(shù)，對(duì)桅桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)域內(nèi)的非線(xiàn)性分析，求得不同風(fēng)荷載下的應(yīng)力時(shí)程曲線(xiàn)。 由于隨機(jī)風(fēng)荷載的作用，桅桿結(jié)構(gòu)拉耳的節(jié)點(diǎn)應(yīng)

3、力是時(shí)刻變化的，也就是說(shuō)，應(yīng)力幅是隨時(shí)間歷程改變的，為變幅疲勞問(wèn)題，于是本文對(duì)拉耳的裂紋萌生階段的疲勞損傷進(jìn)行評(píng)定分析。要分析其疲勞問(wèn)題，那么就要解決以下幾個(gè)問(wèn)題： (1)尋找能描述桅桿結(jié)構(gòu)拉耳在變幅荷載作用疲勞問(wèn)題的裂紋萌生的疲勞模型； (2)針對(duì)變幅多軸疲勞載荷下臨界損傷面不固定的特點(diǎn)，如何尋找其臨界損傷面來(lái)預(yù)測(cè)變幅多軸疲勞的壽命極為重要。 本文根據(jù)拉耳的局部尺寸構(gòu)造和受力特點(diǎn)，采用SOLD45單元建立拉耳的

4、局部實(shí)體模型，以桅桿結(jié)構(gòu)非線(xiàn)性動(dòng)力分析的纖繩應(yīng)力時(shí)程為耳板的外荷載，同時(shí)考慮到纖繩的角位的變化，得到耳板上危險(xiǎn)點(diǎn)在循環(huán)荷載作用下的應(yīng)變時(shí)程曲線(xiàn)。為了獲得各個(gè)節(jié)點(diǎn)在任意一個(gè)材料平面上的應(yīng)力分量、應(yīng)變分量，采用坐標(biāo)變換的方法，以最大剪應(yīng)變平面的方法確定每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的臨界損傷面，根據(jù)非比例多軸加載下最大剪應(yīng)變臨界面不斷變化的特點(diǎn)，再以該平面對(duì)材料損傷影響的大小為權(quán)值進(jìn)行加權(quán)平均，把權(quán)值平均最大剪應(yīng)變平面定義為臨界損傷平面。然后多軸循環(huán)計(jì)數(shù)法(

5、雙雨流計(jì)數(shù))對(duì)臨界損傷面上的正剪應(yīng)力同時(shí)進(jìn)行循環(huán)計(jì)數(shù)，確定每個(gè)循環(huán)的臨界損傷參量，采用△εeq-N曲線(xiàn)來(lái)計(jì)算臨界損傷面上的單個(gè)循環(huán)的疲勞損傷。最后考慮到雖然拉耳是多軸非比例加載的復(fù)雜受力狀態(tài)，但是其隨機(jī)載荷系列中的疲勞載荷幾乎全部處于高周疲勞區(qū)，因此還是用Miner定理累積每個(gè)循環(huán)的疲勞損傷并進(jìn)行疲勞壽命的預(yù)測(cè)。根據(jù)本文的研究可以得知，多軸變幅疲勞理論來(lái)分析桅桿結(jié)構(gòu)拉耳的疲勞損傷與拉耳在隨機(jī)風(fēng)荷載作用的復(fù)雜受力狀態(tài)更接近，同時(shí)△εeq-