基于等效结构应力法的起重机箱形主梁疲劳寿命分析

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1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterFatigueLifeAnalysisonBoxgirderofCranebasedonEquivalentstructuralmethodByHaiyongLvSupervisor：Prof．JiangyiChenMechanicalDesignandTheorySchoolofMechanicalEngineeringMay2014学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人

2、在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：吕洛彰日期：刃肜年多月弓Et学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全

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4、)和应力集中现象，所以疲劳失效也往往主要发生在焊缝位置。焊缝处的节点应力奇异，使用传统有限元法分析得到的焊缝位置的应力，其结果对有限单元网格尺寸和类型相当敏感，故而难以计算出符合工程实际的应力结果，对结构的疲劳寿命预测造成困难。为了能够合理有效地评估起重机结构的疲劳失效性能，本文首先对结构疲劳寿命分析的研究背景及国内外发展现状进行了概述和总结，并且通过对比分析现有评估方法中存在的一些问题，确定本课题研究的方法：基于网格不敏感结构应力和主S-N曲线法(等效结构应力法)来预测起重机金属结构的疲劳寿命。其次，

5、为了有效应用等效结构应力法，文中重点对其理论进行了整理，并结合现有知识对该方法中的重要公式进行了理论推导。接着根据起重机的疲劳失效形式，确定以某厂生产的最大额定起升重量为50吨，跨度为31．5米的桥式起重机箱形主梁为分析对象，采用有限元方法对其进行静态分析，结果表明该起重机主梁结构的静强度和刚度都符合设计要求。接着，对比静态分析结果与试验测试结果，验证了力学模型简化、建模方式的正确性以及分析结果的可靠性。以结构静态分析为基础确定危险焊缝位置，采用“壳到实体”有限元子模型分析技术建立了关键位置处包含焊缝细

6、节的子模型，并对其进行静力分析。随后，对疲劳主S．N曲线的数学模型进行了概述，并结合实例验证了等效结构应力法的网格不敏感性及寿命预测结果的准确性。最后，将子模型分析的应力通过结构应力转化计算主要焊缝的等效结构应力，进而对该金属结构的疲劳寿命进行了预估，结果表明，主要焊缝具有很好的抗疲劳性能，满足设计要求。最后，本文还对课题研究过程中存在的不完善之处进行了分析和总结，并提出了有待进一步解决的问题，希望在后期研究中得以完善和解决。关键词：起重机箱形主梁焊缝等效结构应力法子模型技术疲劳寿命TABSTRACTA

7、bstractCraneisthemostcommonandimportantspecialequipmentandmainlycomposedofweldedboxstructure，SOitisobviouslythefailureofweldedcomponents，toalargeextent，determinesthefailureofthestructure．Becauseofallkindsofuncertaintyfactorsintheprocessofwelding，weldedco

8、mponentsinevitablyexistssomeweldingdefects(porosity，slaginclusion，lackoffusion，etc．)aswellasstressconcentration．Sothefatiguefailureoftenoccursmainlyattheweldedposition．Duetoweldingnodestresssingularity，whenweusethetraditio