1. 前言

　　 橋式起重機箱形主梁是整機的主要結構部件,是一種典型的焊接鋼結構。由於母材和焊縫不可避免地存在著各種缺陷,在起重機服役期間,主梁開焊、開裂甚至斷裂的現象時有發生。橋式起重機的使用壽命很大程度上取決於主梁的壽命。起重機的工作特點決定了隨機載荷作用下的疲勞破壞是此類結構失效的主要形式[1]。但是,疲勞失效前主梁結構往往不會出現明顯的宏觀塑性變形,因而破壞十分突然,經常造成災難性的事故[2]。有關文獻規定:"起重機主要受力構件如主梁、支腿等,有兩處以上開焊,其開焊長度超過100mm,經補強後仍發生開焊者,應報廢[3]"。而主梁的報廢則意味著整機壽命的終結,往往造成幾十甚至幾百萬元的損失,其代價是高昂的。所以,對主梁結構進行疲勞分析,對於指導橋式起重機的設計、製造、使用和維護,預防疲勞斷裂事故的發生具有重要意義。
　　 文章以現代疲勞理論為基礎,以先進的計算機軟件為工具,分析主梁在近似實際工作條件下的壽命,將主梁的疲勞壽命分佈直觀地呈現在人們而前。讓設計者更精確、更方便地評估主梁設計方案的疲勞性能,有利於改善產品性能,縮短開發週期,降低開發成本。

　　2. 橋式起重機箱形主梁結構疲勞破壞特性

　　 橋式起重機主梁是典型的焊接結構,其疲勞破壞有以下特點:
　　 (1) 開裂起源於最大交變應力截面及附近的焊縫,對於拉壓或彎曲應力,裂紋常從焊縫處開始,沿垂直於主應力的方向往母材擴展。
　　 (2) 在循環應力(最大應力)遠低於材料的強度極限,甚至遠小於材料屈服極限的情況下,疲勞破壞也可能發生,疲勞斷裂在宏觀上表現為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂,即疲勞斷裂一般表現為低應力脆斷。
　　 (3) 影響結構疲勞強度的主要因素是材料種類、試件尺寸、最大應力和有無橫向支撐,而是應力幅值、連接形式和初始裂紋。
　　 具體的對於焊接箱形梁來說,疲勞裂紋主要起源於橫向加筋板與腹板焊縫的焊趾上,此後一般以半橢圓表明裂紋的形式向內擴展,當裂紋穿透試件厚度後便快速擴展,最後發生失穩斷裂;疲勞破壞還可能發生在拉應力最大的跨中腹扳與下蓋扳的縱向連續貼角焊縫上,此時裂紋從焊縫內圓形缺陷的圓心開始向外擴展,直至穿透下蓋板外表而纖維之後變為三端穿透裂紋。另外,橋式起重機主梁端部拐角處出現裂紋的可能性也很大。

　　3. 疲勞累積損傷理論

　　 疲勞破壞是一個累積損傷的過程,累積損傷理論則是在疲勞試驗和理論分析的基礎上尋找出材料的累積損傷規律,亦即揭示每一次載荷循環與該循環造成的材料損傷之間的相互關係。按照疲勞累積損傷規律,目前所提出的疲勞累積損傷理論大致可歸納為以下三類:

　　 3.1 線性疲勞累積損傷理論
　　 線性累積損傷理論認為每個應力循環下疲勞損傷是獨立的,總損傷等於每個循環下的損傷之和,當總損傷達到某一數值對,構件即發生破壞,如工程中常用的Miner線性累積損傷理論認為,損傷與應力循環數成線性關係,當總損傷度時,材料即發生疲勞。

　　 3.2 雙線性疲勞累積損傷理論
　　 上面的線性疲勞累積損傷理論,沒有考慮載荷順序對疲勞損傷的影響。主要是因為Miner線性累積損傷理論無法將疲勞過程中的裂紋形成和裂紋擴展兩個階段區分開來。於是Grove和Manson提出了雙線性疲勞累積損傷理論,則將疲勞過程中的裂紋形成和裂紋擴展分成兩個階段求損傷。並用兩條直線分別表示這兩個階段。

　　 3.3 非線性疲勞累積損傷理論
　　 非線性疲勞累積損傷理論則認為材料在各個應力循環下的損傷不能簡單地相加,應考慮載荷間的相互作用。其中最有代表性的是科爾頓和多蘭(Carten-Dolan)理論。該理論認為在構件的表面的許多地方可能出現損傷,損傷核的數目由材料所承受的應力水平決定,由此導出的多級應力循環情況下的疲勞壽命公式。

　　4. 橋式起重機箱形主梁結構疲勞實例分析

新手教學

批發市場僅提供代購諮詢服務，商品內容為廠商自行維護，若有發現不實、不合適或不正確內容，再請告知我們，查實即會請廠商修改或立即下架，謝謝。