基于Ansys桥式起重机焊接箱形梁疲劳裂纹研究.pdf

基于 Ansys的桥式起重机焊接箱形梁疲劳裂纹研究 殷玉枫 曾 光 吕西波 张孟辉 1太原科技大学 太原 030024 2华电郑州机械设计研究院有限公司 郑州 450052 摘 要：桥式起重机箱形梁是典型的薄壁结构，由于起重机受载情况及本身结构焊接缺陷等因素，在箱形 梁上很容易出现疲劳裂纹。针对桥式起重机箱形梁疲劳裂纹现象 ，借助Ansys有限元软件 ，对箱形梁典型工况进 行受载分析。判断出裂纹的位置及其产生原因；运用断裂力学和Ansys软件分析模拟出箱形梁疲劳裂纹的应力 场、位移场以及应力场区域的大小，对起重机箱形梁进行疲劳裂纹扩展以及剩余寿命的预估都有意义。 关键词 ：桥式起重机；箱形梁；裂纹；Ansys；研究 中图分类号：TH215 文献标识码 ：A 文章编号：1001—0785 (2012)11—0091—04 Abstract：Theboxgirderofoverheadtravellingcranefeaturestypicalthin—wallstructure，inwhichfatiguecrackcan appeareasilyduetoloadsituationandwelddefectsofthecrane，etc．Consideringsuchcase，theAnsysfiniteelementsoft— wareisadoptedforloadanalysisoftypicalworkingconditionsoftheboxgirderinordertofiug reoutthepositionandcauses ofanycrack，andthefracturemechanicsandAnsyssoftwareareadoptedofranalysisandsimulationofthestressfield， displacementfieldofthefatiug ecrackinboxgirder，aswellasthesizeofstressfield，whichissignificanttoestimatethe fatiguecrackexpansionandremaininglifeofthecraneboxgirder． Keywords：overheadtravellingcrane；boxgirder；crack；Ansys；research 简化为一端是固定铰支座，另一端是活动铰支座 0 前言 简支梁的形式。由于箱形梁 自重较大，且其本身 桥式起重机 (以下简称桥机)梁结构材料本 为均匀体，故其 自重载荷可看作均布载荷 ，起重 身和焊接部位不可避免的存在着毛细孔 、材料的 小车和吊重可看作集中载荷作用 。图 1为桥机 裂隙以及焊接的应力集 中等缺陷，这些初始缺陷 箱形梁及截面的示意图。 使起重机梁结构材料的实际强度低于理论模型， 而这些结构部件在外界不断循环变化的载荷 的作 ^ 用下，造成初始缺陷部位的不断聚合、扩展延伸 ， 形成了宏观的细小裂纹；最终在加载条件下，裂 一 纹不断地扩张，导致桥式起重机梁结构材料的断 -~tl 裂破坏 。而疲劳裂纹 的静止 、平衡与扩展 ，都和 疲劳裂纹尖端处的应力场 以及位移场有着直接 的 图1 箱形梁及截面示意图 关系，因此研究裂纹尖端附近的应力场和位移场 ， 由于桥机箱形梁满足径厚 比较大，材料各 向 对疲劳裂纹的扩展及箱形梁的寿命的分析都具有 异性不严重，为典型的薄壁箱形梁结构。结合起 重要的意