基于累积损伤理论的焊接球节点网架结构疲劳寿命估算

论文摘要

随着近年来空间结构的迅速发展,在悬挂吊车作用下焊接空心球节点网架结构的广泛应用,网架的疲劳问题引起了国内外学术界和工程界的广泛关注;研究表明网架结构的疲劳主要是网架中焊接空心球节点的疲劳,所以网架焊接空心球节点的疲劳问题成为主要研究内容,而疲劳问题最终在于疲劳寿命的确定,疲劳寿命的确定一般有两种办法,一种是通过实验来确定,一种是利用合适的疲劳寿命估算公式来确定。由于疲劳试验周期长、耗资大并且其影响因素众多,所以找出合理的估算公式和估算方法十分重要。本文对已有的累积损伤理论公式及研究成果进行归纳汇总,结合实验数据,对焊接空心球节点的疲劳寿命进行估算。1累积损伤公式计算疲劳寿命在常幅数据拟合的基础上,应用累积损伤公式进行变幅寿命估算。通过对已有的累积损伤公式的适用性进行对比分析,得出4种实用的累积损伤理论:Miner理论,修正Miner理论,Manson双线性理论和Corten-Dolan理论,结合变幅试验数据进行计算。对比分析4种理论的计算结果,剔除Manson双线性理论,并给出了其余3种理论的限值及其分布区间。2有限元方法计算疲劳寿命采用疲劳分析软件Msc.fatigue进行疲劳寿命估算。1)采用Msc.fatigue进行常幅疲劳寿命估算,生成寿命云图,可直观呈现整个构件的疲劳寿命分布;与实际的破坏情况吻合,得出规律性,定量估算疲劳寿命。2)采用Msc.fatigue进行变幅疲劳寿命估算,对比分析有限元法与公式计算结果的差别;采用名义应力法估算疲劳寿命,生成寿命云图,可直观呈现整个构件的疲劳寿命分布;与实际的破坏情况吻合,得出规律性,定量估算疲劳寿命。3疲劳影响因素分析分析了应力集中、平均应力、少数极高应力、应力次序、加载方式、低疲应力、应力循环特征、间歇时间、加工缺陷及安装误差、重复循环块的大小、内部缺陷、载荷形式以及材料本身对疲劳寿命的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 疲劳问题研究的重要性
• 1.2 国内外疲劳研究动态
• 1.2.1 国外研究动态
• 1.2.2 国内研究动态
• 1.3 焊接空心球节点网架的疲劳性能
• 1.4 焊接球节点疲劳与网架疲劳的关系
• 1.5 累积损伤的疲劳问题研究的进展
• 1.5.1 疲劳损伤的概念
• 1.5.2 疲劳累积损伤理论研究进展
• 1.6 疲劳寿命估算理论
• 1.6.1 疲劳寿命估算的概念
• 1.6.2 疲劳裂纹形成阶段寿命估算
• 1.7 本文研究的内容和意义
• 第二章 疲劳试验数据的分析及疲劳寿命的公式估算
• 2.1 概述
• 2.2 试验装置及加载方式
• 2.3 疲劳试验数据的处理方法
• 2.4 常幅试验数据分析
• 2.4.1 常幅试验构件断口特征
• 2.4.2 管—球连接的常幅试验数据统计分析
• 2.4.3 十字板—球连接的常幅试验数据统计分析
• 2.5 变幅数据统计
• 2.5.1 变幅试验构件断口特征
• 2.5.2 管—球、十字板—球试验数据统计
• 2.6 基于累积损伤理论估算网架焊接节点的疲劳寿命
• 2.6.1 实用的累积损伤理论
• 2.6.2 基于线性累积损伤理论估算焊接节点的疲劳寿命
• 2.6.3 基于双线性累积损伤理论估算焊接节点的疲劳寿命
• 2.6.4 基于修正线性Corten-Dolan 累积损伤理论估算焊接节点的疲劳寿命
• 第三章 有限元分析软件的疲劳寿命估算
• 3.1 建立KQ-5 系列构件的有限元模型
• 3.1.1 基本假定
• 3.1.2 分析模型的建立
• 3.2 用ANSYS 和MSC.FATIGUE 软件计算构件疲劳寿命
• 3.2.1 MSC.FATIGUE 软件简介
• 3.2.2 MSC.FATIGUE 疲劳分析过程
• 3.2.3 管—球连接处破坏的常幅寿命KQ-5-9
• 3.2.4 十字板—球连接处破坏的常幅寿命KQ-5-8
• 3.2.5 管—球连接处破坏的变幅寿命KQ-5-21
• 3.2.6 十字板—球连接处破坏的变幅寿命KQ-5-6
• 第四章 疲劳影响因素分析
• 4.1 应力集中
• 4.2 平均应力
• 4.3 少数极高应力
• 4.4 应力次序
• 4.5 加载方式
• 4.6 低疲应力
• 4.7 应力循环特征
• 4.8 间歇时间
• 4.9 加工缺陷安装误差
• 4.10 循环块大小的影响
• 4.11 内部缺陷
• 4.12 载荷形式的影响
• 4.13 材料的影响
• 第五章 结论建议
• 5.1 结论
• 5.1.1 累积损伤公式计算
• 5.1.2 有限元方法计算
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文