悬挂吊车作用下的螺栓球节点平板网架动力响应及疲劳问题的仿真分析
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摘要
国内外关于螺栓球节点平板网架结构动力响应的研究已有很多,但对于悬挂吊车作用下的平板网架疲劳问题的仿真分析的研究尚未成熟。事实上,吊车荷载不同于风荷载和地震荷载,它是由三个阶段共同组成,即起吊阶段、运转阶段和卸载阶段。其中,各个阶段的荷载都有不同的特点,而网架的疲劳问题主要是由这三个阶段的荷载共同作用的结果。由于疲劳问题在钢结构研究中是一个非常重要的课题,故应对吊车载荷作用下的平板网架进行动力响应分析及疲劳问题的仿真研究。
本文利用ANSYS分析软件,对平板网架进行了仿真建模和大量的分析工作,专题研究了在吊车荷载作用下网架结构的动力响应特性,探讨了网架疲劳问题的部分影响因素,验证了部分网架疲劳问题的分析成果和规律,提出了一些疲劳分析的方法和观点。本文着重指出“对于正常动力载荷作用下的平板网架,其疲劳问题并不是整体网架的疲劳问题,而是吊点网格的疲劳损伤引起的整体网架的可靠度降低”这一观点。
There are many studies on the flat-panel grid structure with the bolt-sphere joints dynamic responses at home and abroad,but for the study of the flat-panel grid structure under the suspended crane fatigue simulation analysis is not yet mature enough.In fact, the crane load is different from the wind loads and seismic loads, which is composed of three stages, namely lifting stage, the operation stage and unloading stage.The various stages of the load have different characteristics.The fatigue problems of the grid are the the result of working together by the three stages's loads.The study of fatigue is important,therefore, the simulation fatigue analysis and dynamic responses on the flat-panel grid structure with the suspended crane is imperative.
Based on ANSYS, this paper conducted the simulation modeling and a lot of analysis on the flat-panel grid, studied the dynamic response characteristics of grid structure under the crane loads,discussed part of factors of grid overall fatigue, verified the analysis results and rules of some fatigue problems,put forward some methods and views on fatigue analysis,and stressed this view that "about general grid under normal dynamic load, the fatigue problem is not the overall fatigue, but lowed by the overall grid reliability caused by fatigue damage of hanging point grid".
本文利用ANSYS分析软件,对平板网架进行了仿真建模和大量的分析工作,专题研究了在吊车荷载作用下网架结构的动力响应特性,探讨了网架疲劳问题的部分影响因素,验证了部分网架疲劳问题的分析成果和规律,提出了一些疲劳分析的方法和观点。本文着重指出“对于正常动力载荷作用下的平板网架,其疲劳问题并不是整体网架的疲劳问题,而是吊点网格的疲劳损伤引起的整体网架的可靠度降低”这一观点。
There are many studies on the flat-panel grid structure with the bolt-sphere joints dynamic responses at home and abroad,but for the study of the flat-panel grid structure under the suspended crane fatigue simulation analysis is not yet mature enough.In fact, the crane load is different from the wind loads and seismic loads, which is composed of three stages, namely lifting stage, the operation stage and unloading stage.The various stages of the load have different characteristics.The fatigue problems of the grid are the the result of working together by the three stages's loads.The study of fatigue is important,therefore, the simulation fatigue analysis and dynamic responses on the flat-panel grid structure with the suspended crane is imperative.
Based on ANSYS, this paper conducted the simulation modeling and a lot of analysis on the flat-panel grid, studied the dynamic response characteristics of grid structure under the crane loads,discussed part of factors of grid overall fatigue, verified the analysis results and rules of some fatigue problems,put forward some methods and views on fatigue analysis,and stressed this view that "about general grid under normal dynamic load, the fatigue problem is not the overall fatigue, but lowed by the overall grid reliability caused by fatigue damage of hanging point grid".
引文
[1]《钢结构设计规范》(GB50017-2003),中国计划出版社,北京,2003
[2]《网架结构设计与施工规程》(JGJ 7-91),中华人民共和国建设部,1992,4
[3]刘锡良等,《平板网架设计》天津大学出版社,1979
[4]尹德钰,刘善维,钱若军,网壳结构设计,北京,中国建筑工业出版社,1996
[5]丁芸孙,目前网(壳)架及轻钢工程中一些技术问题的探讨,《中国建筑金属结构协会信息网专刊》(第2版),2000.11.25
[6]丁芸孙,朱坊云,十年来大跨度机库网架结构的应用与发展,《第六届空间结构学术会议论文集》,地震出版社,1992
[7]雷宏刚,《钢结构事故分析与处理》,中国建材工业出版社,2003
[8]尹德钰,国内网架结构事故分析及措施,《特种结构》,1990,4
[9]杨英雄等,对于网架悬挂吊车问题的探讨,《四川建筑科学研究》,2005年4月
[10]徐灏,《疲劳强度》,高等教育出版社,1988.8
[11]赵少汴,王忠保,《疲劳设计》,机械工业出版社,1992.5
[12]Lei Hong Gang,Dong Chao,Pei Yan,The Testing Research on Equal-Amplitude Fatigue Behavior of Large-span Grid Structure-Es,Proceedings of Sixth Pacific Structural Steel Conference,15-17 October 2001,Beijing,China
[13]雷宏刚,网架焊接空心球节点静力及疲劳性能研究,《建筑结构学报》,1993.1
[14]冯秀娟等,在悬挂吊车作用下螺栓球节点网架的疲劳性能,《建筑结构学报》,1995.4
[15]闫亚杰,螺栓球节点网架疲劳性能的试验研究,[学位论文],太原理工大学,2003
[16]程育仁,缪龙秀,候炳麟,《疲劳强度》,中国铁道出版社,1990.11
[17]高镇同主编,《疲劳性能测试》,国防工业出版社,1980
[18]雷宏刚,螺栓球节点网架常幅疲劳试验数据再分析,《钢结构》,2000:202-205
[19]雷宏刚,螺栓球节点网架变幅疲劳性能的研究构想,《钢结构》,2000:206-208
[20]雷宏刚,螺栓球节点网架变幅疲劳性能的研究构想,《钢结构工程研究》(Volume 3),2000,湖南大学
[21]郦明,奥脱·布克斯鲍姆,哈茨·罗华克编著,《结构抗疲劳设计》,北京,机械工业出版社,1987:34-35
[22]Fatigue and fracture.ASME handbook,vol.19,1996.
[23]雷宏刚,刘丽君等,螺栓球节点网架中高强螺栓的疲劳影响因素分析,《钢结构(增刊)》,2002,11
[24]S J.The significance of flight-simulation fatigue tests[A].In Proc 13th Syrup Int Committee on Aeronautical Fatigue[C].Pisa,Italy,1985
[25]R M Wetzel,Smooth Specimen Simulation of Fatigue Behavior of Notches,J.of Materials,JMLSA,vol.3,No.3,1968
[26]Xinlin Zhang.On some basic problems of fatigue research in engineering.International Journal of Fatigue 23(2001)751-766
[27]Bush A.Fatigue strength calculation.Trans Tech Publications,Switzerland,1988
[28]徐国彬,崔杰,网架结构疲劳及其疲劳寿命计算,《建筑结构学报》,1994.8
[29]肖汉斌,顾必冲,刘刚,抓斗卸桥主梁疲劳寿命的估算,《起重运输机械》,2000.5
[30]白俊平,悬挂吊车起落对网架结构疲劳载荷谱动力影响的试验研究,[学位论文],太原理工大学,2005
[31]#12
[32]董超,螺栓球节点网架设置悬挂吊车疲劳载荷谱的编制,[学位论文],太原理工大学,2002
[33]傅大钧,杨慧玲,用微型计算机进行随机载荷数据的峰谷值计数法和雨流计数法处理,1985.4
[34]王成国,孟广伟,原亮明等,新型高速客车构架的疲劳寿命数值仿真分析,《中国铁道科学》,2001.22.3
[35]徐满堂,文雨松,铁路桥梁疲劳应力谱的计算机模拟,《长沙铁道学院学报》,1989.9
[36]Conover J C.Jaeckal H,Kippola W J.Simulation of field Load-ing on Fatigue Texting,SAE,660102
[37]Sheppard S D.Field effects in fatigue crack initiation:long life fatigue strength.Failure Prevention and Reliability-89,ASME,NY,1989,119-127
[38]Yao weixing.Stress field intensity for predicting fatigue life.International Journal of Fatigue,1993,15(3),243-245
[39]邹小理,随机超载下疲劳裂纹扩展的模拟计算,《机械强度》,2004.26(6):680-682
[40]D.A.Demo,J.W.Fisher:"Analysis of Fatigue of Welded Crane Runway Girders",《Journal of the Structural Division,ASCE》,May 1976
[41]Ting Tason C,Lawrence Frederick V Jr,A crack closure model for predictingthe threshold stresses of notch.Fatigue Fract Engng Mater Struct.1993,16(1),93-114
[42]李云峰,现代计算机仿真技术的研究与发展,《计算技术与自动化》2002,12
[43]宋晓华,吴忠,周明安,计算机仿真在机构动力学分析中的应用,《轻工机械》,2005年,第2期
[44]吕雁,计算机仿真与建模技术综述.《电子科技》,2001,6
[45]李兰,祝英杰,计算机仿真技术及其在结构工程中应用,《计算机应用》2006年6月
[46]兰远东等,计算机仿真的可信度研究,《电脑开发与应》,第18卷,第2期
[47]郭浩等,基于计算机仿真技术的结构疲劳可靠性分析方法,《东北大学学报(自然科学版)》,2000年8月
[48]郭浩等,基于计算机仿真技术的结构疲劳可靠性分析方法,《东北大学学报(自然科学版)》,2000年8月
[49]岑伟等,风机荷载下平板网架的疲劳分析,《空间结构》,2006年12月
[50]王华林,金属结构疲劳破坏的计算机仿真分析,[学位论文],武汉科技大学,2005年
[51]翁恩豪,空间网格结构疲劳分析的研究,[学位论文],浙江大学,2005年
[52]胡峰等,动态系统计算机仿真技术综述(Ⅰ)-仿真模型,《计算机仿真》,2000年1月
[53]胡峰等,动态系统计算机仿真技术综述(Ⅱ)-仿真结果分析,《计算机仿真》,2000,3
[54]ANSYS中国,《ANSYS手册》,2001年8月
[55]《起重机设计规范》(GB 3811-1983),中国计划出版社,北京,1983
[56]裴艳,网架螺栓球节点的应力集中分析及疲劳寿命估算[学位论文],山西,太原,太原理工大学,2002.5:55
[2]《网架结构设计与施工规程》(JGJ 7-91),中华人民共和国建设部,1992,4
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