平板網(wǎng)架結構十字形板—焊接空心球連接疲勞性能的理論與試驗研究.pdf

1、鑒于平板網(wǎng)架結構的眾多優(yōu)勢，在我國不論其應用的規(guī)模還是數(shù)量上，均穩(wěn)居世界前列。在平板網(wǎng)架結構上設置懸掛吊車，懸掛吊車所產(chǎn)生的反復交變荷載給網(wǎng)架結構帶來疲勞問題。平板網(wǎng)架結構的疲勞主要包括桿件、焊接空心球及懸掛吊點連接的疲勞，而懸掛吊點連接的疲勞是平板網(wǎng)架結構疲勞破壞的關鍵部位。十字形板—焊接空心球連接作為懸掛吊點的主要方式之一，相關的疲勞理論研究及疲勞試驗研究進展較為緩慢，且相關懸掛吊點的疲勞設計計算方法在我國現(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)架結構中的推廣應用造成了很大的制約。
　　 在兩項國家自然科學基金項目(50678109，51178286)的大力資助下，本文重點針對焊接空心球節(jié)點平板網(wǎng)架結構中十字形板—焊接空心球懸掛吊點的疲勞性能進行理論與試驗研究。其相關的工作及結論總結如下:
　　 1、采用ANSYS有限元軟件，以不同規(guī)格匹配而成的25個十字形板—焊接空心球節(jié)點（材質均為Q235B）為研究對象進行單因素分析，重點討論

3、了節(jié)點相關尺寸的五個因素，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對節(jié)點應力的影響?；诜治鼋Y果，建立了十字形板—焊接空心球節(jié)點的熱點應力集中系數(shù)的計算公式，其取值區(qū)間為3.176～5.365。研究結論揭示了應力集中和疲勞破壞源的關系，解釋了十字形板—焊接空心球節(jié)點疲勞強度相對較低的原因，為建立以熱點應力幅為參量的疲勞設計方法奠定了一定的理論基礎。
　　 2、設計了與本次

4、疲勞試件相匹配的加荷裝置，采用Amsler疲勞試驗機（瑞士），順利完成了25個十字形板—焊接空心球節(jié)點的常幅疲勞性能試驗，得到了25個疲勞試驗數(shù)據(jù)（6個異常）。收集了國內已有的9個常幅疲勞試驗數(shù)據(jù)。將本文與國內共有的28個疲勞試驗數(shù)據(jù)回歸統(tǒng)計分析，得到了S-N曲線。
　　 3、基于得到的常幅S-N曲線，以熱點應力和熱點應力幅為設計參量，建立了平板網(wǎng)架結構十字形板—焊接空心球節(jié)點兩種表達形式的常幅疲勞設計方法;若以N=2×106為

5、基準期，則[△σ]2×106=19.66 Mpa，[△σh]2×106=62.44Mpa;上述常幅疲勞設計方法的建立為國家相關規(guī)范或規(guī)程提供了有益的補充，擴大了節(jié)點疲勞設計方法的的類別。
　　 4、為了揭示十字形板—焊接空心球節(jié)點的變幅疲勞性能，采用代表性的加載模式對14個節(jié)點疲勞試件進行變幅試驗，試驗共取得14個有效的疲勞試驗數(shù)據(jù)。通過對上述試驗數(shù)據(jù)進行處理，采用線性累積損傷理論Miner法則和Corten-Dolan非線性累

6、積損傷理論分別對其變幅疲勞試件進行壽命估算，結果表明:采用Corten-Dolan理論對十字形板—焊接空心球節(jié)點進行疲勞壽命估算較為合理。
　　 5、借助于電子顯微鏡和放大鏡，進行了4個常幅和4個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)點常幅和變幅疲勞破壞機理及斷口特征，常幅疲勞斷口的隨機性遠小于變幅疲勞斷口;結合理論分析和金相分析，得出十字形板—焊接空心球節(jié)點中板肋端部是疲勞源的主要起始部位。