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桥式起重机主梁危险截面应力幅的分布规律及计

  桥式起重机主梁危险截面应力幅的分布规律及计算方法_材料科学_工程科技_专业资料。维普资讯 8 ? - . 20 0 3年 第 3 o卷 第 6期 :: + :: 设 诗毒 确寒 桥 式 起 重 机 主 梁

  维普资讯 8 ? - . 20 0 3年 第 3 o卷 第 6期 :: + :: 设 诗毒 确寒 桥 式 起 重 机 主 梁 危 险 截 面应 力 幅 的分 布 规 律 及 计 算 方 法 谢 剑 刚 ( 武汉科技 大学 机械 自动 化 学 院, 北 武 汉 湖 40 8 ) 3 0 1 摘要 : 探讨 了桥 式起 重机主 梁跨 中应 力幅值 s 的 分布规 律及 计 算 方法 , 用 实例 验 算 了计 算 方 法 的 可行 性 。 为起 重 机金 r 并 属 构 件 的 疫 劳 概 率 设 计 做 了 一 些基 础 性 工作 。 关 键 词 : 重 机 主 梁 ; 力 幅 分 布 ; 劳 概 率 设 计 起 应 疫 中 图分类 号 : H2 5 T 1 文献标 识 码 : A 文章 编号 :0 6—0 1 (0 3 0 —0 0 10 3 6 2 0 )6 0 8—0 3 l 概 述 起 重机 主 梁 是 焊 接 构 件 , 型 时 容 易 形 成 焊 接 成 气 孔 、 渣 、 边 等 缺 陷 。这 些 缺 陷 很 容 易 形 成 疲 劳 夹 咬 裂 纹 。 吊 重 载荷 大 小 及 小 车 的移 动 均 会 造 成 主 梁 危 险 截 面 应 力 发生 较 大 变 化 。这 种 交 变 应 力 特 征 能造 成 主 梁 萌 生 裂 纹 。 而 这 些 裂 纹 一 般 在 很 难 检 查 的 下 即 J () [ ] : 尺 ≤ P P 2 ( 2 ) 式 中 : R) 构 件 疲 劳 极 限抗 力 的 分 布 概 率 ( 般 P( 为 一 盖板 区域 。长期 的工作 中生成 的裂 纹反复 扩展直 到 起重 机整体坍塌 。19 年底武汉某公 司就 因此坍塌 92 了一 台 1 5 铸 造 起 重 机 。2 0 2t 0 1年 9月 安 徽 某 公 司 的 同类 起 重 机 主 梁 下 盖 板 裂 纹 发 现 时 已 扩 展 到 主 梁 宽 度 的 2 5 可 见 起 重 机 金 属 结 构 发 生 疲 劳 破 坏 的 /。 状 态 令 人 担 忧 。 因此 , 标 GB 8 1—8 国 31 3规 定 上 工 作 级 别 的起 重 机 金 属结 构 应 进 行疲 劳设 计 。 以 认为符合正 态 分布 ) [ 2 为 构 件许 用 疲 劳 失 效概 ;P ] 率 ; 为 构 件 承 受 的相 当疲 劳 应 力 。 即: ≤ ( ( 一t R) 1 a  ̄R/ R) ( ) ( .) 2 1 式 中 : R) ( 为构件抗力 均值 ; 为 与失效概 率对 应 当百分位点 ;R为构件抗力标 准差值 。 应用疲劳损伤线性 累计假说 的观点 , 可 由下 式求 出 : :  ̄ p)s — (m k Sd *— r [r s ( 3 ) 式 中 : S ) 构 件 承受 应力 幅 5 P( r 为 r的 分 布 概 率 ; r S 疲 劳设计在应力 幅值不 变 的焊接 结构 中可 以采 用 许 用 应 力 方 法 去 检 验 设 计 的合 理性 : : 即 ≤[ ] () 1 式 中 : 为工作 应力幅 ;[ ] 为构件许用应力 幅值 。 但 正 如 文 献 [ ] 出 的 , 式 起 重 机 金 属 结 构 的 1指 桥 应 力历程是 一个 具 备各 态历 经性 的平 稳 随机过 程 。 显 然 主 梁 的应 力 幅 值 是 随 机 变 量 。 在 每 次 起 吊 、 卸 载 过程 中, 应力 幅值 随小 车位 置 的不 同及 吊重 的变 化 呈 现 随 机 变 量 的特 征 。用 许 用 应 力 法 检 验 设 计 的 合 理 陛因 而是 比较 粗 糙 的方 法 。 人 们 现 在 已经 使 用 疲 劳 概 率 设 计 方 法 去 进行 金 属 结 构 的疲 劳 检 验J 。 在概率 计算 中 , 该起 重机 的重要 性 确定 一个 依 允 许 疲 劳失 效 概 率 [ ] 设 计 时 满 足 下 式 为 合 格 设 P2 , 计。 为构件应力 幅值 ; k为循环折算 系数 ; 为构件材料 m 疲劳指数 。 从式 ( ) 知 : 进 行 金 属 构 件 的疲 劳概 率 设 3可 要 计, 必须知道构件所 承受 的应力幅 S 的分布概 率 P r ( ,。 S ) 2 主 梁 跨 中应 力幅 值 S r的分 布 规 律 及 计 算 方 法 在概率设 计方 法 中 , 式起 重 机 主梁 跨 中下盖 桥 板角点 的疲 劳 应 力最 大 。应 将此 点 作 为计 算 检 验 点 。 引起 主梁 检 验 点 应 力 幅 S ,变 动 的 主 要 原 因 为 小 车 位 置 的 移 动 及 吊 重 的 变 化 , 结 构 本 身 的 自重 而 对应力幅值 没有 影 响。另外 , 梁水 平 惯 性载 荷及 主 主梁 受 冲击 而振 动造成 的动 载效 应值较 小 , 构件 对 疲 劳 的影 响 可 以忽 略 。 收 稿 日期 :0 3 5—2 2 0 —0 0 维普资讯 20 0 3年 第 3 0卷 第 6期 ? 9 ? 由于 生 产 工 艺 和 车 间 场 地 大 不 相 同 , 重 机 小 起 ,( 为 吊重 分 布 函数 ( 限 块 ) 厂 ) 小 车位 置 分 p) 有 ;( 为 布 函数 。 车位置的分布应各有特 点 。例如车 间设备 的排列方 式 、 产 工 艺 以及 工 人 的 操 作 习 惯 都 是 影 响 小 车 位 生 置 的 因素 。这 些 因素 一 般 是 彼 此 独 立 的 。小 车 的 位 置 大 多 数 情 况 应 呈 现标 准 差 较 大 的正 态 分 布 。一 般 的机 加 工 车 间 和 仓 库 中 间 有 运 输 通 道 , 次装 卸 循 每 环 中 小 车 均 在 通 道 里 吊运 往 返 , 车 位 置 与 正 态 分 小 布 较 为 吻 合 。作 者 在 2 0 0 2年 1 2月 对 某 厂 1台跨 度 为 1 .m 吊废 钢 的冶 金 起 重 机 进 行 过 6 2次 带 载 观 95 8 1 7 6. 1 3 _ 5 33 0 1 o o ( ) a 测 , 现 其 小 车 的 位 置 符 合 正 态 分 布 。 拟 合 小 车 位 发 置 曲线 如 下 : ) 唧 { _ } / 5 0 1o o ( b) ( 1—2 x=0 ) p[ ] f o 式 中 : =0 = l厂) Pl J ( 出 该 起 重 机 的 偏差 系 数 达 到 0 4 .1表 明其 分 散 性较大 。均值 E( =9 5 m 说 明小 车位 置 的分 X) 7 0 m, 布均值正好位 于起重机 的跨中位 置 。 对 于 固定 起 吊 钢 水 包 或 其 物 品 的 起 重 机 而 言 , 虽然它 们 的小 车位 置 均 值 不一 定 在 跨 中而呈 单 侧 性 , 疲 劳 裂 纹 的扩 展 能 力 来 看 , 它 非 正 态 分 布 对 从 其 跨 中的影 响相对较 弱 。认为均值在 跨 中的正态分 布 偏向于有更 好 的安 全性 。因此 , 者认 为小 车位 置 作 的分 布规 律时 可 以考 虑其 均值 在跨 中 , 而偏 差系数 取 0 3 ~0.5的 正态 分 布 。 .5 4 吊重 的 变 动 也 是 导 致 主 梁 跨 中 截 面 应 力 幅 S , 发 生 变化 的 原 因 。 由于 设 计 时 不 一 定 知 道 该 起 重 机 的应 用 环 境 , 且 不 能 预 测 该 起 重 机 今 后 工 作 环 境 而 的改 变 。 因 此 不 能 事 先 确 定 此 起 重 机 的 吊 重 载 荷 ( c) 8 0 10 0 图 1 标 准 吊重 载 衙 谱 图 例 综上所述 , 应力 幅 S 可用下式计算 , s: , W () 7 式 中 :M ( , ) 由 于小 车 位 置 及 吊 重 作 用 而 引 起 为 主梁 跨 中弯 曲力 矩 ; 为 主 梁 跨 中抗 弯 模 量 。 W 由结 构 力 学 的影 响线 公 式 可 知 主 梁 的 弯 曲力 矩 M ( ) p, 由下 式 求 得 I f ^ u ≤^ 0 告 ≤ \ \ 1 寺 < 谱 。起重机设计 规 范 【 定 了 4种 吊重载 荷谱 图 , 3规 3 J 其 中 3种 可 能 用 于 疲 劳 设 计 。 它 可 以作 为设 计 者 和 式 中 :L 为 起 重 机 跨 度 。 由数 学 理 论 可 知 , 由于 小 车 位 置 的 正 态 分 布 特 性 和 吊重 分 布 的有 限 性 , 力 幅 S 应 ,应 呈 正 态 分 布 的 用户共 同遵守 的依据 。笔者 采用规 范 中的 吊重载 J 荷 谱 图来 确 定 主 梁 应 力 幅 S 的 分 布规 律 。 , 主梁 跨 中应 力 幅 S 可 由下 式 确 定 。 , S = , 起 + 重 一 降 () 5 随机变量 。只要知道 其均值 E( ,及 标 准差值 S) 就能全面描绘其 分布特点 。应力 幅均值 可用 下式计 算: 式中: 为 起 重 小 车 本 身在 起 升 位 置 x 所 引起 主 梁 E r J () S= J ( (拙 ) ( 9 ) 跨 中的应力 ; 雷为 吊重 在 起 升 位 置 x 所 引起 主梁 跨 中的应 力 ; 降为起重小 车本身 在卸载位 置所 引起 主 梁 跨 中 的应 力 。 笔者 忽略降, 使计算得 以简化 并使检验结 果趋 于 保 守 。 吊重 的 变 化 与 小 车 位 置 的变 化 没 有 明 显 的 联 系 。 从 概 率 理 论 可 知 , 重 与 小 车 位 置 的 联 合 分 吊 布 函数 等 于 各 自分 布 函数 之 积 。 即 : f P, =f( ? ) ( ) P)厂( () 6 E r志 () S J (d pp ) [L 如+ (—) ) ( L 如] ) 式 中: 为f x) 疋 ( 的标 准差 ; d为动载系数 。 由于 小 车 分 布 函数 厂( 对 称 于 L/ , 力 幅 标 ) 2应 准差 可用下式计算 , 整理上式可得 E( , =P S ) 正 / W ( 9) . 式中 :厂 P, ) 吊重 与小 车位 置 联 合 分 布 函数 ; . ( . 为 3 6 式中 为J () ; 为 : pd 7 f p f 1 维普资讯 1 ? 0 胡 20 0 3年第 3 0卷 第 6期 e x { 一 、 = 。 、 I s 17. 5 M p , 3 a ( 一 l , 构件 的抗 力 分 布参 数 来 自参 考 文 献 [ ] 其 ( 口 实 E 2 , R) 取 允 许 失 效 概 率 [ ] .8*1 ~ , P2 =14 0 即。 。 =3 则 ( ( 一 d / R) :7 .MP R) 1 。R < ) 6 I a 取 m =4 I则 可 求 出 。 3 1 P . =5 .M a 由此 可 见 p ( ( 一 ≤ 尺) 1 / R) 设 计 是 合 ( ), - 在 概 念 上 等 同 于 相 当 载 荷 及 主 梁 相 当悬 一一 1 1. M Pa;d 8. Pa 0: 【 l 例 = 4 R= 3M 臂 长 度 。相 当 载 荷 是 吊 重 加 小 车 自重 在 载 荷 谱 图 中产 生 的疲 劳效 应 。 应 力 幅 标 准 差 可 由下 式 求 出 : √ ( 】 ) _( P ) E ) z (0 1) 理 的。 批 也能这样计算 : 4 结 论 与 展 望 起 重 机 小 车 位 置 大 多 数 为 随 机 变 量 。 有 一 些 起 d 蕊L p, 式中: 2x ep 重机主梁跨 中应 力 幅 s ,是 正 态 分 布 的 随 机 变 量 。 其 均 值及 标 准差 可 通 过 式 ( ) 式 (0 求 出 。 作 者 的 9、 1) 工作 未 涉及 到其 它 可 能 的 分 布 形 式 。另 外 作 者 使 用 的计 算 方 法也 比较 麻 烦 。 如进 一 步 制 成 表 格 用 于 计 算 时查 阅 就会 方 便 很 多 。 事 实 表 明 , 重 机 金 属 结 构 的疲 劳 概 率 设 计 对 起 保 证 其 安 全 性 有 较 大 的 意 义 。作 为 疲 劳 设 计 的 基 础, 了解 其 检 验 位 置 的应 力 幅 组 成 规 律 也 很 有 必 要 。 笔者将为此作进一步努力 。 作 者选 定 武 钢 某 厂 1台 1 .t 9 5 工 作 级 2 5 ×1 .m 参考文献 : [] 1 施林康 , , a u a a b E b O 等 . 译 z g k . ? me l , 提高起 重 机焊接 结构 的 P ? 承载 能力 及寿命 [] 起重运 输机 械 ,9 5 ( ) J. 18 , 1 . [ ] 玉卿 , 靖宇 . 2 过 龙 桥式起 重机 随 机疲 劳 强度 及 载 荷谱 编 制 [] 机 J. 械 强度 ,9 7 ( . 1 8 ,4) 别 的桥 式起重 机 为例 , 取小车 位置分 布 f x) ( 为 正态分 布。均值 位于跨 中 , 准差 为 4 0 r 标 0 0 m。 吊重 a 载荷谱 图取 图 1b 求 得均值为 () E( , :4 . 7 a S ) 4 0 MP [ ]中华人 民共和 国标准 G 3 1 —8 . 3 B 8 1 3 起重 机设计 规范 . ( 接 第 3页 ) 上 由此 可 见 , 绘 制 建 筑 金 属 结 构 产 品 草 图 的 基 在 础 上 进 行 参 数标 注 , 可 以 构 造 产 品 参 数 化 模 型 , 就 从 统 的建筑 金属结 构产 品设计 不足 之处 的基 础上 , 提 出采 用 约 束 树 对 产 品 图 形 进 行 约 束 , 造 产 品 模 型 构 及 相 应 的数 模 公 式 , 公 式 求 解 实 现 参 数 驱 动 的 参 对 数 化 设 计 方 法 。在 此 基 础 上 研 究 开 发 了 相 应 建 筑 金 属 结 构 产 品参 数 化 设 计 系 统 。 目前 该 系 统 已在 有 关 企 业 得 到应 用 , 得 了 良好 的应 用 效 果 。 取 参考 文献 : [ ] o g i n ,D v oe .P rm t c Mo en to o 1 H n q g Wa g ai R sn aa er dl g Me d fr n d i i h Tr s u sStu t e .ASM E Co u e sa d I f m ain i r curs mp t rn nor t o nEn ie rn gn e ig Co fr n e,Pa e n ee c p rNO . DETC0 CI 一 3 4 2/ E 4 95,M o ra . nte 1 而直接 由模 型库 设计产 品结 构 。另外 通过更 改标 注 参数 和模 型数模公 式可 以得到多样化 的设计结果 。 [ ] ai R sn P rm t c d l g ht : / w.r g t h eu e 2 D v oe . a er en . t / ww s .a c .d / — d a iMo i p 1 e !Q QQ , I 图 6 第 一 组参数 赋值 d ain 征 1 5/ o e / r m M o e/ a a M o l g. t l ucto 7 n ts Pa a d lP rm dei n hm [ ] 世新 . 3许 参数 化变 量化方 法 . t : / w r sn tc . ht / E— o k. e.n p [] 4 毕跃文 . 浅谈 C D的参数化设计 [] 机 械工人 ( A J. 冷加工 )20 () ,0 o 1. [] 5 兰箭 , 张荣成 , 王耕 耘 , 基 于 图 的参 数 化 设计 方 法 [ ] 计 算 机 等. J. 辅 助设 计与 图形 学学 报 ,19 9( ) 9 7, 4 . [] 6 尹建 伟 , 刚 , 陈 董金 祥 , . 于特 征 造 型 的轴 类 零 件 的 自动 参 数 等 基 4 结 束 语 本文针对 建筑 金属 结 构产 品 的特 点 , 分析 传 在 化 绘图方 法 []计 算 机辅助设 计与 图形 学学 报 ,0 0 3 J. 20 ,.

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