基于nSoft的塔机起重臂疲劳寿命分析.pdf

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1、２０１５年第２２期（总第１７５期）江西建材工程管理基于ｎＳｏｆｔ的塔机起重臂疲劳寿命分析■张宏伟，赵巧绒■西京学院，陕西西安７１０１２３摘要：针对某型号塔机起重臂出现裂纹现象，建立塔机起重臂有限元模型，研表１各跨点静态下的最大应力值究典型工况下载荷谱编制的有效措施，进而估算出塔机起重臂的疲劳寿最大应力最大应力最大应力最大应力命。结果表明：将有限元计算与疲劳分析软件相结合，能快速有效预测跨点跨点跨点跨点（ＭＰａ）（ＭＰａ）（ＭＰａ）（ＭＰａ）塔机起重臂疲劳寿命，为塔机疲劳设计提供可靠依据。１１１５２１１９３１３７４１３２关键词：ＱＴＺ４５１０塔机载荷谱ｎＳｏｆｔ寿命计算Ａｂｓｔｒａ

2、ｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｃｅｒｔａｉｎｔｙｐｅｏｆｔｏｗｅｒｃｒａｎｅｂｏｏｍｉｎｅｖｉｔａｂｌｅｃｒａｃｋｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ，ｗｅ５１３６６１２８７１５６８１６７ｂｕｉｌｄｉｎｇｔｏｗｅｒｃｒａｎｅｂｏｏｍｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉ９１６８１０１５７１１１４８１２１５６ｔｉｏｎｓｉｓｃｏｍｐｉｌｉｎｇｌｏａｄｓｐｅｃｔｒｕｍ，ｔｈｅｎｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｔｏｗｅｒｃｒａｎｅ１３１５８１４１６０１５１５９１６１４８ｂｏｏｍ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｃｏｍｂｉｎｉｎｇｆｉｎｉｔｅｅ

3、ｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｆａｔｉｇｕｅａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅ，ｃａｎｑｕｉｃｋｌｙａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｐｒｅｄｉｃｔｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｔｏｗｅｒ１７１４０１８１４１１９１４２２０１３４ｃｒａｎｅｂｏｏｍ，ｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｌｉａｂｌｅｂａｓｉｓｆｏｒｔｏｗｅｒｃｒａｎｅｆａｔｉｇｕｅｄｅｓｉｇｎ．２１１４０２２１４６２３１２５２４１２２Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＱＴＺ４５１０ｔｏｗｅｒｃｒａｎｅ，ｌｏａｄｓｐｅｃｔｒｕｍｎＳｏｆｔｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｌｉｆｅｓｐａｎ２５１２５２６１２４２７１１６２８９６塔机因具有起升幅度高、起重力矩大、工作幅度广、

4、装拆运输方便、２９８６３０１０３３１１３７工作效率高等优点，而被广泛使用在高层建筑施工中。随着塔机利用根据表２可知，塔机起重臂主要采用Ｑ２３５钢焊接而成，其屈服极率频繁、工作强度增高及作业持续时间增长等因素作用，塔机易产生疲限值为２３５ＭＰａ，跨点的最大应力值为１６８ＭＰａ，在材料的许用应力值范劳破坏。文献［１］通过对塔机事故进行归纳统计，其中塔机起重臂断裂围之内，因此该型号塔机符合设计要求。最为严重。文献［２］以ＱＴＺ６３塔机为例，根据实测载荷谱输入疲劳分２塔机起重臂疲劳寿命分析析软件，得到塔机易发生疲劳破坏的位置。文献［３［根据初始裂纹形成２．１ｎｓｏｆｔ软件数值不同，用断裂

5、力学和连续损伤力学理论来估算疲劳寿命。ｎＳｏｆｔ软件是英国ｎＣｏｄｅ软件公司主导的疲劳分析软件，其中的ＦＥ为全面快速分析塔机起重臂的疲劳寿命，本文以ＱＴＺ４５１０塔机为－ｆａｔｉｇｕｅ模块基于应力疲劳分析和线性损伤累加理论进行寿命预测。［４］研究对象，在静应力分析的基础上，利用雨流计数法原理获取载荷应力疲劳分析法适合塔机的高周疲劳寿命预测，在循环载荷作用下，材谱，并借助计算机专软件，分析塔机的疲劳寿命，为塔机寿命预测、评估［５］料承受的应力和频率之间的关系式可用Ｓ－Ｎ曲线描述及设计改进提供一定的理论依据。ｍ４σＮ＝Ｃ（Ｎ＞１０）（１）１有限元应力分析式中：ｍ、Ｃ—材料常数。１．１

6、建立塔机起重臂有限元模型线性损伤理论可计算构件在应力水平σｉ作用下，经过ｎｉ次循环的某工地用ＱＴＺ４５１０塔式，应用ＡＮＳＹＳ软件中ＡＰＤＬ参数化语言快损伤为速对塔机进行整体建模。因塔机起重臂为典型的桁架结构，构造复杂，Ｄｉ＝ｎｉ／Ｎｉ（２）所以对塔机三维模型进行简化，各标准臂节之间、起重臂与拉杆之间采破坏准则为用刚性连接。建模次序依次为回转机构、塔帽、起重臂臂节、平衡臂、拉杆。ＡＰＤＬ参数化语言，采用相对坐标系建立相应节点坐标，然后定义Ｄｉ＝（ｎｉ／Ｎｉ）＝１（３）截面类型和材料密度，划分网格，最后显示塔机起重臂单元类型，建立式中：Ｎｉ—在σｉ作用下循环到破坏的寿命，可由材料

7、的Ｓ－Ｎ曲塔机模型如图１所示。线确定；Ｄｉ—在σｉ作用下损伤变量，Ｄ＝０截面无损伤；Ｄ＝１截面完全损伤。本文将塔机有限元分析结果保存为ｔａｊｉ１文件，导入ｎＳｏｆｔ软件中进载荷谱的编制，。２．２塔机起重臂载荷谱编制塔机工作情况因复杂承受随机载荷作用，采用传统贴应变片实测数据后，进行统计处理的方法费时费力，所以本文采用雨流计数法原理，通过应用ＡＮＳＹＳ软件对塔机各工况下起重臂节点进行虚拟加载，得到塔机［６］的静强度分析，结合塔机运行频率，得到塔机的载荷时间历程，再通过疲劳分析软件进