某型汽车起重机起重臂的应力和应变疲劳寿命预估

以某型现役汽车起重机起重臂钢结构为研究对象,基于单位载荷下的名义应力谱和FE-SAFE(durability analysis software for finite element models)耐久性分析软件,建立起重臂钢结构件的应力及应变疲劳寿命预估模型,给出该材料的应力及应变寿命曲线,并分别采用应力、应变疲劳损伤模型,对该型起重臂钢结构的疲劳寿命进行预算。预算结果表明该型起重机起重臂结构工作30 978个循环时出现裂纹,而其使用寿命为392 699个工作循环。计算结果与试验结果对比得出:两种寿命预估模型结果与试验值基本符合,故该型现役起重机检修周期和使用寿命的制定应采用两种疲劳寿命预估模型综合考虑。     

基于顺序法的起重机疲劳寿命预测方法研究及应用

针对起重机一般作业于随机循环载荷下,承受循环交变应力的实际情况,提出了基于顺序法的起重机寿命预测方法,建立了起重机顺序循环应力损伤模型。根据起重机实测应力历程数据,利用雨流计数法统计出应力循环次数,获得不同应力幅对应的循环次数并编制循环载荷谱,再根据编制的载荷谱利用顺序循环应力损伤模型对该起重机进行寿命估算。将估算结果与根据Miner模型、Carten-Dolan模型的估算结果进行对比分析。对比分析表明:所提出的顺序循环应力损伤模型对起重机疲劳寿命预测是可行的,为起重机疲劳寿命预测研究提供了一种新的思路。     

随机载荷循环作用下的机械结构疲劳寿命预测模型

基于名义应力法建立了随机载荷循环作用下的结构疲劳寿命预测模型。分析了结构所受循环载荷作用的不确定性特征,在以循环载荷作用次数为寿命度量指标框架下,运用概率加权法和线性Miner累积损伤法则,分别建立了疲劳寿命与应力之间关系分别服从指数函数和幂函数两种形式时,随机载荷循环作用下的结构疲劳寿命预测模型,并运用所建立的模型对某转动轴的疲劳寿命进行了预测研究。     

基于瞬态动力学的铸造起重机桥架疲劳裂纹形成寿命研究

铸造起重机是钢铁冶炼工业中重要的起重运输装备,其工况环境恶劣,出现事故引发的危害大,对此类装备进行力学性能及疲劳分析显得尤为重要。文中针对200/63t四梁四轨双小车铸造起重机,建立其桥架三维模型及钢包起升阶段动力学模型。通过仿真获取该阶段钢丝绳的弹性力,并以其为载荷施加于铸造起重机桥架进行瞬态动力学分析。在获取桥架结构应力动态响应的基础上,提取大于阈值σd的应力幅值,并结合损伤力学建立了冲击疲劳损伤演化模型,开展冲击载荷下桥架疲劳裂纹形成寿命研究。结果表明,钢包离地瞬间至其平稳上升的20 s内铸造起重机桥架受到较强的冲击力,建立的冲击疲劳损伤演化模型能较好地估算桥架疲劳裂纹形成寿命,为铸造起重机桥架的结构优化与可靠性设计提供了理论依据。     

基于nCode Design-Life的重型起重设备疲劳寿命预测研究

为研究重型起重设备的疲劳损伤和寿命,以门式起重机为算例建立有限元模型,通过有限元静力学分析,最大等效应力位于跨中受拉区,得出门式起重机强度和刚度满足要求。采用nCode Design-Life疲劳仿真软件利用S-N疲劳设计方法对有限元静力学特性和疲劳损伤进行分析,得到门式起重机疲劳寿命分布云图和疲劳损伤云图,其最小寿命满足工程要求。为了研究载荷变化对起重机寿命的影响,通过改变载荷缩放因子来改变时间载荷序列的大小,对比分析载荷变化后的寿命情况,得出随机载荷减小门式起重机寿命大大增加,过载对门式起重机的疲劳寿命有显著的影响。     

基于FE-SAFE的造船门式起重机结构剩余寿命预测方法研究

针对起重机作业于随机循环载荷下,承受循环交变应力,容易产生疲劳损伤,缩短疲劳寿命,研究了基于FESAFE仿真计算的起重机寿命预测方法。根据造船门式起重机实测应力历程数据,利用雨流计数法统计出应力循环次数,获得不同应力幅对应的循环次数并编制循环载荷谱。仿真算法估算结果与Miner模型计算结果进行了对比分析,结果表明所提出的仿真计算方法对大型门式起重机疲劳寿命预测是可行的,可提高计算效率,直观显示计算结果。     

基于LabVIEW的桥式起重机金属结构疲劳寿命分析方法

金属结构的疲劳寿命分析方法主要是基于有限元、线性损伤、断裂力学等计算模型。在实际应用过程中需要开发软硬件系统,存在工程量大、模块间兼容性差、适应性不够等缺点,本文基于LabVIEW建立疲劳寿命分析模型来分析桥式起重机箱型梁疲劳寿命。     

考虑损伤累积的铝合金轮毂疲劳寿命预测及试验研究

针对铝合金轮毂的疲劳寿命预测问题,提出考虑损伤累积的轮毂疲劳寿命预测模型并进行试验研究。建立了轮毂在弯曲疲劳试验、径向疲劳试验的有限元模型,通过仿真分析研究了轮毂的主要失效模式;采用名义应力法分别建立了轮毂材料S-N曲线、零件S-N曲线,并利用莫罗直线对轮毂承受的非对称循环载荷进行平均应力修正;考虑轮毂的旋转过程,采用线性累积损伤理论构建了轮毂疲劳寿命预测理论模型。以某型号铝合金轮毂为例,采用理论模型计算得到轮毂的寿命为44.82万转,与弯曲疲劳试验给出的疲劳寿命47.33万转相比,误差约为5.6%,验证了疲劳寿命预测理论模型的有效性。     

考虑平均应力效应的Tovo-Benasciutti疲劳寿命预测模型

为了考虑平均应力对循环载荷作用下结构振动疲劳寿命的影响,对Tovo-Benasciutti疲劳损伤模型进行了平均应力修正。采用径向基函数法构造平均应力修正系数与随机应力带宽系数之间的近似模型,建立了考虑平均应力的Tovo-Benasciutti疲劳损伤模型。利用所建立的模型对某简单梁进行了疲劳寿命估计。结果表明：考虑平均应力效应的Tovo-Benasciutti模型能得到与试验更一致的结果。     

起重机箱形主梁疲劳寿命评估

针对起重机金属结构的疲劳问题,结合现代理论和技术手段,总结出了起重机结构疲劳寿命评估技术路线,并对该技术路线作了一些理论研究,包括起重机模型的有限元分析、运用损伤力学推导疲劳裂纹形成寿命、在弹塑性断裂力学的基础上给出裂纹扩展模型。利用该模型可以更准确地估算起重机的剩余寿命,对于减少疲劳破坏事故的发生具有重要的意义。     

起重机金属结构疲劳寿命评估系统开发

利用VB语言和ANSYS二次开发语言APDL,开发了起重机金属结构疲劳寿命评估系统。其中,VB平台用来设计方便友好的人机交互界面,采用APDL语言开发起重机金属结构强度参数化分析模块。在结构疲劳寿命评估工具中,提供了基于Paris公式、Paris公式与Miner线性累积损伤理论相结合、热点应力法的三种不同寿命估算模型。最后以某桥式起重机桥架结构为对象,对所开发的软件工具功能进行了具体验证,结果表明该工具可以为起重机金属结构的数字化设计提供帮助。     

基于Ansys的港口门座起重机回转支承疲劳寿命计算

结合门座起重机在港口服役期间回转支承的实际工况及常见故障损伤规律,对常用的三排滚柱式回转支承进行了疲劳分析研究。提出合理假设,分析了回转支承在门座起重机每个工作循环中的载荷谱。在赫兹接触理论和疲劳积累损伤理论的基础上,利用Ansys软件建立了回转支承的简化模型,并分析了其疲劳接触。利用Ansys中的FATIGUE分析模块,完成了在既定工况下的疲劳分析计算,进而得到了回转支承的预测寿命。据此,提出了一种与港机中传统回转支承寿命预测方法不同的数值计算方法。     

大功率风电增速器箱体疲劳寿命分析

建立某大功率风电增速器箱体的三维模型,计算单位静载荷作用下箱体的应力应变;依据德国劳埃德船级社规范(GL2010),给出风电齿轮箱箱体部件的S-N曲线的拟合方法;应用雨流循环计数法计算箱体疲劳载荷谱。应用Miner线性积累疲劳损伤理论和雨流循环计数法,对风电齿轮箱箱体进行疲劳寿命分析,得到了风电增速器箱体的疲劳寿命。通过对箱体疲劳寿命结果的分析,对箱体结构进行优化,为大功率风电增速器箱体的疲劳寿命分析提供设计思路,为风电齿轮箱箱体的设计提供了参考。     

基于ADAMS刚柔耦合模型的塔式起重机起重臂疲劳寿命分析

为了确保塔式起重机的施工安全,延长塔式起重机的使用寿命,对塔式起重机起重臂的疲劳寿命进行了评估研究。首先,以某型号塔式起重机为研究对象,利用SolidWorks进行了三维建模,分析了该塔式起重机的典型工况,采用基于Workbench的塔式起重机静力学分析结果,确定了塔式起重机的应力最大位置;然后,用ANSYS APDL联合ADAMS进行了刚柔耦合动力学仿真,得到了该工况下工作循环的载荷谱;最后,利用NCODE Design Life的"疲劳五框图"对该工况下的塔式起重机进行了疲劳分析。研究结果表明:最易发生疲劳失效的位置在第6节起重臂上弦杆与外连杆的连接位置附近;可得到该工况下塔式起重机起重臂每次循环损伤的最大值为3.598×10~(-6),最小循环次数为2.799×10~5,满足塔式起重机设计要求,为在役塔式起重机的疲劳寿命评估和塔式起重机的设计提供参考价值,可作为对塔式起重机进行维修和更换零件的依据。     

基于联合概率密度的随机声疲劳寿命估算方法

针对燃烧室火焰筒结构随机声疲劳问题,根据有限带宽高斯白噪声载荷作用下结构振动响应功率谱密度得到雨流循环均值-幅值条件概率的计算式,结合雨流循环幅值概率密度Dirlik经验公式推导出雨流循环均值-幅值联合概率密度函数,克服了在疲劳寿命估算中只考虑幅值、忽略雨流循环均值影响的局限性。根据Miner线性累积损伤理论,运用获得的联合概率密度函数建立声疲劳寿命的估算方法。以某型航空发动机燃烧室火焰筒结构为例,利用耦合的有限元和边界元方法进行振动响应计算分析。基于应力响应结果,运用提出的方法对火焰筒结构进行疲劳寿命估算,并分析不同声压级的声载荷对火焰筒结构疲劳寿命的影响。研究表明,该方法对航空薄壁结构声疲劳寿命分析具有适用性。     

考虑分级加载的连续非线性Chaboche-Paris全寿命模型

结构疲劳全寿命可分为裂纹萌生和裂纹扩展两个阶段,裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命的预测通常分开进行,很少有理论能将两者合二为一。结合CHABOCHE提出的非线性损伤理论,对Paris公式进行修正,将其扩展至全寿命阶段;建立损伤累积与裂纹长度关系模型,分析分级加载对损伤累积的影响。计算结果表明,提出的Chaboche-Paris全寿命模型对无初始裂纹结构的寿命预测结果与其S-N疲劳试验数据结果一致,对具有宏观可见裂纹结构的寿命预测结果与Paris公式计算结果一致,验证提出的全寿命模型在全寿命预测和裂纹扩展寿命预测两个阶段的可用性和正确性;分级加载时,Chaboche-Paris模型可以体现出加载顺序对疲劳损伤累积的影响,当外载为低-高加载时,循环比之和大于1,当外载为高-低加载时,循环比之和小于1,与试验结果吻合。     

A型地铁车体结构疲劳寿命分析

在轨道循环交变应力作用下地铁车体易产生疲劳损伤。获得车体的载荷-时间历程，进行了强度校核；利用雨流计数法获得了循环载荷谱，根据累积损伤理论对A型地铁车体疲劳寿命进行分析，研究了列车速度、二系弹簧垂向刚度与二系弹簧垂向阻尼系数等对车体关键部位疲劳寿命的影响，分别采用逐步回归法和BP神经网络模型对车体关键部位—枕梁疲劳寿命进行拟合与分析。结果表明，BP神经网络模型具有更高的拟合精度。为A型地铁车体结构疲劳寿命的预测提供理论依据。     

铸造起重机主梁腹板裂纹分析与疲劳寿命研究

针对某炼钢厂连铸车间铸造起重机主梁主腹板和横隔板的焊接部位出现的开裂现象,对主梁上盖板、腹板与隔板连接的主焊缝进行超声波无损探伤检测裂纹形态与分布情况,根据起重机实际工作条件和出现裂纹部位的受力状况,结合对危险部位的应力水平以动态应力的现场测试分析结构的力学性能和裂纹产生的原因,分析表明腹板产生裂纹部位抗疲劳强度不足。依据铸造起重机在一个工作循环下的应力信号,应用名义应立法结合Miner线性损伤累计理论计算铸测点部位的疲劳寿命,通过对危险部位疲劳寿命相对准确的估算,为设备的日常维护提供参考。     

重型机床基础件疲劳损伤评估模型

为确定基础件可再制造性,需要对基础件进行疲劳损伤评估。采用应力-疲劳损伤模型和线性疲劳累积损伤理论,计算基础件高周疲劳损伤。使用材料HT300进行疲劳加载实验,得到描述材料疲劳寿命特性的S-N曲线,对采用经验公式计算的切削力进行基于概率分布的循环次数统计计算。以ANSYS为分析工具,建立重型机床简化模型,导入切削力循环次数分布数据和材料疲劳力学性能参数,建立基于安全系数和可用寿命的疲劳损伤评估模型,对基础件疲劳损伤进行定量分析。     

基于应力测试的港口门座起重机金属机构剩余寿命估算分析

以某港口门座起重机为研究对象,采用疲劳寿命估算方法,从材料的S-N曲线出发,考虑各种影响因素,结合实测应力谱,按照线性累积损伤理论及修正Miner法则,进行金属结构的疲劳寿命估算,再结合起重机的结构件劣化状态,无损检测等技术手段进行综合分析,估算出起重机的安全使用寿命,为门座起重机疲劳剩余寿命评估提供有效可行的方法,对准确估算门座起重机金属结构疲劳剩余寿命提供科学的数据。