对于ansys的桥式起重机焊接箱形梁疲劳裂纹研究

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1、基于Ansys的桥式起重机焊接箱形梁疲劳裂纹研究殷玉枫曾光吕西波张孟辉1太原科技大学太原0300242华电郑州机械设计研究院有限公司郑州450052摘要：桥式起重机箱形梁是典型的薄壁结构，由于起重机受载情况及本身结构焊接缺陷等因素，在箱形梁上很容易出现疲劳裂纹。针对桥式起重机箱形梁疲劳裂纹现象，借助Ansys有限元软件，对箱形梁典型工况进行受载分析。判断出裂纹的位置及其产生原因；运用断裂力学和Ansys软件分析模拟出箱形梁疲劳裂纹的应力场、位移场以及应力场区域的大小，对起重机箱形梁进行疲劳裂纹扩展以及剩余寿命的预估都有意义。关键词

2、：桥式起重机；箱形梁；裂纹；Ansys；研究中图分类号：TH215文献标识码：A文章编号：1001—0785(2012)11—0091—04Abstract：Theboxgirderofoverheadtravellingcranefeaturestypicalthin—wallstructure，inwhichfatiguecrackcanappeareasilyduetoloadsituationandwelddefectsofthecrane，etc．Consideringsuchcase，theAnsysfiniteele

3、mentsoft—wareisadoptedforloadanalysisoftypicalworkingconditionsoftheboxgirderinordertofigureoutthepositionandcausesofanycrack，andthefracturemechanicsandAnsyssoftwareareadoptedforanalysisandsimulationofthestressfield，displacementfieldofthefatiguecrackinboxgirder，aswell

4、asthesizeofstressfield，whichissignificanttoestimatethefatiguecrackexpansionandremaininglifeofthecraneboxgirder．Keywords：overheadtravellingcrane；boxgirder；crack；Ansys；research简化为一端是固定铰支座，另一端是活动铰支座0前言简支梁的形式。由于箱形梁自重较大，且其本身桥式起重机(以下简称桥机)梁结构材料本为均匀体，故其自重载荷可看作均布载荷，起重身和焊接部位不可避

5、免的存在着毛细孔、材料的小车和吊重可看作集中载荷作用。图1为桥机裂隙以及焊接的应力集中等缺陷，这些初始缺陷箱形梁及截面的示意图。使起重机梁结构材料的实际强度低于理论模型，而这些结构部件在外界不断循环变化的载荷的作^用下，造成初始缺陷部位的不断聚合、扩展延伸，形成了宏观的细小裂纹；最终在加载条件下，裂一纹不断地扩张，导致桥式起重机梁结构材料的断-'~tl裂破坏。而疲劳裂纹的静止、平衡与扩展，都和图1箱形梁及截面示意图疲劳裂纹尖端处的应力场以及位移场有着直接的关系，因此研究裂纹尖端附近的应力场和位移场，由于桥机箱形梁满足径厚比较大，材

6、料各向对疲劳裂纹的扩展及箱形梁的寿命的分析都具有异性不严重，为典型的薄壁箱形梁结构。结合起重要的意义。重机箱形梁的结构及受力特点，选用Shell63单元本文运用Ansys对桥机典型工况进行有限元分来建模_2J。在分析时，需要表明的结构参数有弹析，得出箱形梁各个部位的应力与变形情况，找出性模量、材料的泊松比及其密度。本文选用Q235裂纹源。将断裂力学与Ansys结合起来，分析这些钢材作为梁结构的材料，该材料的弹性模量为裂纹尖端的位移场和应力场，研究这些场的大小。2．05×10MPa，泊松比为0．3，密度为7800ks／1桥机的典型工

7、况m，屈服极限为2．35×10。MPa。以起重量为5t、小车自重为0．62t、跨度为在垂直载荷的作用下，桥机焊接箱形主梁可《起重运输机械》2012(11)一91—的受力三及变形特点为A5的桥机为例，分析起重机2一桥机疲一劳裂一纹一分析。限于文章篇幅有限，本文只分析桥机的起重2．1箱形梁的应力场与位移场分析小车满载处于跨中升降，考虑桥架自重及其他固取裂纹尖端处为坐标原点，r、为极坐标，定载荷，并附加起升动载荷系数和起升冲击载荷根据弹性力学的基本理论，推导出疲劳裂纹尖端系数的工况。图2为起重机箱形梁的挠度曲线，任意位置(r，)处的应力

8、分量和位移分量。图3为起重机箱形梁的VON．MISES等效应力由于起重机的疲劳裂纹大部分为I型裂纹，故云图。在此将起重机箱形梁I型裂纹的模型看作是一个无限大板，裂纹的长度为20，在板的两端看作是有均匀的拉应力or作用J。它的边界条件为：由于在疲劳裂