论文总字数：20960字

摘 要

吊车梁是工业厂房中直接承受吊车载荷的构件，多应用于冶金工业中。合理准确地分析吊车梁的疲劳性能，是保证工厂安全生产以及经济生产的关键。在实际生产中，吊车梁上可能作用有高周疲劳荷载，低周疲劳荷载，甚至有两种荷载共同作用的情况，这些荷载作用下的吊车梁疲劳问题是工业界关心的问题。本文用数值仿真的方法来研究这些工况下吊车梁内部损伤演变及其疲劳寿命预测。

本文对钢吊车梁在低周疲劳荷载、高周疲劳荷载以及两种荷载共同作用下的疲劳寿命分别进行预测。在低周疲劳荷载作用下，吊车梁的损伤主要在上翼缘与腹板交界处。由于低周荷载作用在钢吊车梁上的概率较低，可以不考虑其对疲劳寿命的影响；在高周疲劳荷载作用下，可由非线性损伤演化方程对吊车梁的疲劳寿命进行预测，并且改变相关参数观察其对疲劳寿命预测的影响程度，为以后进行现场测量参数的精确度要求提供参考。而在两种疲劳荷载作用下，由于低周荷载的作用会影响高周荷载的损伤场，因而吊车梁的疲劳寿命应比仅有高周荷载作用下的疲劳寿命要低。

关键词：钢吊车梁；高周低周疲劳荷载；疲劳寿命

Abstract

The crane beam is a component of plant that directly bears the load of the crane. Steel crane beams are more suitable for use in metallurgical industrial plants. The reasonable and accurate analysis of the fatigue performance of crane girders is the key to ensure the safe production and economic production of the factory. In actual production, there may be high-cycle fatigue loads, low-cycle fatigue loads, and even two kinds of loads acting on the crane girder. The damage and fatigue life of materials under these fatigue loads are the focus of this study. The numerical simulation method was used to analyze the fatigue life under these conditions.

In this paper, the fatigue life of steel crane girder under low cyclic fatigue load, high cyclic fatigue load and two kinds of loads are predicted respectively. Under low cyclic fatigue loading, the damage of the crane beam is mainly at the interface between the upper flange and the web. Because of the low probability of low-cycle loads acting on the steel crane girder, the impact on fatigue life can be ignored; under the effect of high-cycle fatigue loading, the fatigue life of the crane girder can be predicted and changed by the nonlinear damage evolution equation. The relevant parameters were observed for their influence on the fatigue life prediction, which provided reference for the accuracy requirements of the on-site measurement parameters. Under two kinds of fatigue loads, the effect of low cycle load will affect the damage field of high cycle load, so the fatigue life of the crane beam should be lower than the fatigue life of only the high cycle load.

KEY WORDS: Steel crane girder; high cycle low cycle fatigue load; fatigue life

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 相关领域研究现状 2

1.3 本文研究内容 3

第二章 结构疲劳分析的损伤力学理论 4

2.1 钢材的变形与损伤特征 4

2.2 低周疲劳荷载作用下的Lemaitre本构与损伤演化方程 4

2.2.1 Lemaitre应变损伤本构方程 4

2.2.2 Lemaitre损伤理论模型总结 7

2.3 高周疲劳荷载下Lemaitre本构与损伤演化方程 7

2.4 本章小结 8

第三章 高低周疲劳荷载及其共同作用下结构寿命的计算方法 9

3.1 ABAQUS软件及其二次开发 9

3.1.1 非线性问题处理方法 9

3.1.2 UMAT子程序特性及调用 10

3.2 低周荷载作用下疲劳寿命计算方法 10

3.2.1 UMAT子程序实现流程 10

3.2.2 弹塑性及损伤状态确定 11

3.3 高周荷载作用下疲劳寿命计算方法 11

3.4 高低周荷载共同作用下疲劳寿命计算方法 13

3.5 本章小结 13

第四章 高低周疲劳荷载及其共同作用下吊车梁的寿命计算 15

4.1 低周荷载下吊车梁疲劳寿命计算 15

4.2 高周荷载下吊车梁疲劳寿命计算 19

4.3 高低周荷载共同作用下吊车梁寿命计算 22

4.4 本章小结 24

第五章 结论与展望 25

5.1 结论 25

5.2 存在的不足与展望 25

参考文献 26

致谢 27

绪论

课题研究背景

结钢吊车梁以其自重较小、装配简易、承载性能好的特点被广泛应用于冶金和机械工业厂房等钢结构中，这些钢结构在复杂的疲劳荷载的作用下，易发生疲劳破坏，尤其是钢吊车梁。因而评估其疲劳寿命也成为了工程领域的热门研究问题。

随着工厂生产规模的不断扩大，生产车间的吊车梁的使用频率越来越高，这也加剧了日益严重的吊车梁的疲劳损伤问题。综合最近几十年的调查报告可知，很多钢吊车梁在往复荷载的作用下已出现不同程度的疲劳裂缝，对工厂的安全生产带来隐患。其疲劳寿命是厂房安全性的重要研究指标，对其进行相关研究有着极其重要的意义。不仅可防止灾害发生，同时对可能破坏位置的预测及加固处理还可延长吊车梁的工作寿命，也在理论上为安全生产和经济生产提供了依据。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：20960字