基于断裂力学的起重机焊接箱形梁疲劳寿命估算.pdf

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1、重型机械·63·基于断裂力学的起重机焊接箱形梁疲劳寿命估算武进福，韩刚(1．山西省临汾市质量技术监督检验测试所，山西临汾041000；2．太原科技大学机电工程学院，山西太原030024)摘要：随机载荷作用下的疲劳破坏是起重机焊接箱形梁的主要破坏形式之一。本文根据试验和研究成果，总结了桥门式起重机焊接箱形梁的各项疲劳参数取值。同时以等幅载荷疲劳裂纹稳定扩展阶段的计算公式为基础，针对起重机承受随机载荷的特点，利用均方根法对随机载荷进行等效处理，提出估算桥门式起重机焊接箱形梁的疲劳裂纹扩展寿命的方法。关键词：焊接箱形

2、梁；疲劳寿命；扩展裂纹；桥门式起重机；载荷谱中图分类号：TH215文献标识码：A文章编号：1001—196X(2012)01—0063—03FracturemechanicsbasedfatiguelifeestimationofcraneweldedboxgirderWUJin—fu。．HANGang(1．ShanxiLinfenQualityTechnicalSupervisionOffice，linfen041000，China；2．CollegeofElectromechanicalEngineerin

3、g，TaiyuanUniversityofScienceandTechnology，Taiyuan030024，China)Abstract：ThefatiguedestructioncausedbyrandomlcadiSoneofthemaindestructionformsofthecranewel—dedboxgirder．Thevaluesofthevariousfatigueparametersofweldedboxgirdersonoverheadandgantryaresummarizedint

4、hispaperonthebasisofprevioustestdataandresearchachievements．Theequivalentprocess—ingforrandomloadisperfomaedwithRMSmethodandawaytoestimatethefatiguecrackextensionofthewel—dedboxgirdersisproposedbasedoncalculatingformulasforconstantamplitudeloadingfatiguecrac

5、kduringstableextendingperiodandthepropertyoftherandomloadsexenedonthecranes．Keywords：weldedboxgirder；fatiguelife；extendedcrack；overheadandgantrycrane；loadspectrum重机械事故也在逐年上升，近年已经达到15％左O前言右。起重机械因疲劳而造成的事故往往是灾难性在现代工业生产和经济建设中，起重机械起的J。特别是在北方低温环境和冲击载荷的共同着减轻体力劳动、节省

6、人力、提高劳动生产率和作用下，情况更为严重。起重机械的安全问题促进生产过程机械化的作用，必不可少的生产设已经受到国家相关部门及科研人员的极大重视。备。起重机械也是隐藏危险因素最多、发生事故焊接箱形梁是起重机结构中广泛采用的一种几率最大的机械设备，国内外每年都有大量因起承重构件，其主要失效形式之一就是在随机载荷重机械故障而引起的财产和人身伤害事故¨J。据作用下的疲劳破坏。其疲劳破坏是材料在交变载统计在工业发达国家，因起重机械造成的事故约荷作用下损伤逐渐累积的过程。破坏前不会出现占全部产业部门事故总数的20％左右；

7、在我国起明显的宏观塑性变形，经过长期使用后，在征兆很不明显的情况下突然断裂，造成事故。因此，收稿日期：2011—03—23；修订日期：2011—04—17对这类结构的疲劳研究，给出结构使用前的疲劳作者简介：武进福(1983一)，男，山西省临汾市原量技术监督检验测试所。寿命并估算已服役结构的剩余寿命，对预防疲劳·64·重型机械2012N0．1断裂事故的发生具有重要意义。形梁疲劳破坏的部位主要集中在两个位置，一是对于起重机焊接结构，由于在焊缝部位不可主梁横向大隔板与主腹板连接的焊缝处(大约距下避免地存在夹渣、切口、

8、咬边和微细裂纹等焊接盖板边缘50mm)，二是主腹板与下盖板的翼缘焊缺陷，存在疲劳源，裂纹的萌生和形成使得焊接缝处。其中第一个危险点应力集中等级较高，破结构件寿命很短，疲劳寿命主要是由疲劳裂纹的坏最为常见，因此被当作重点研究对象J。稳定扩展阶段决定的j。因此应用断裂力学方1．3确定初始裂纹长度a法研究起重机焊接结构的疲劳裂纹扩展机理，并在对起重机焊接箱形梁裂纹扩展总寿命进估算起重机焊接箱