起重機金屬結構加勁薄板承載能力的試驗研究與仿真分析.pdf

1、起重機正朝著大型化、高效化不斷發(fā)展，由于受到港口條件及制造成本的限制，在要求大起重量的同時，對起重機自身重量控制的要求也越來越高。目前，起重機的箱型梁結構件的外形尺寸越來越大，有的高度甚至達3600mm，“薄壁”成為起重機金屬結構的重要特性。這一特性使結構的局部穩(wěn)定性承載能力急劇下降。當穩(wěn)定性承載能力小于某一外載荷時，結構最終以局部喪失穩(wěn)定退出承載，導致整體塌垮——折斷的表觀破壞。近年來，頻頻發(fā)生的一系列事故也說明了這個問題，大部分事故

2、均發(fā)生在正常作業(yè)狀態(tài)下。面對這些事故，建立一套完整的安全評估體系用于指導企業(yè)的設備管理成為一個迫切需要解決的問題。 本課題組在金屬結構安全評估體系方面已有部分理論和經驗積累(課題組已完成上海教委基金項目：①基于斷裂理論的集裝箱金屬結構失效研究，項目編號：02JK05；②大型機械結構常用板材的裂紋擴展規(guī)律研究，編號：97JG5055)。課題組在疲勞斷裂評估方面已建立較完整的體系，但在構件的局部穩(wěn)定性研究方面仍停留在引用規(guī)范的層面，

3、對其失效的機理還需要通過試驗與仿真的認識。因此，本文就帶有初始缺陷的加勁板的穩(wěn)定性問題進行了試驗研究和有限元的仿真工作，尋求如何將帶有初始缺陷的加勁板的穩(wěn)定性理論應用于工程實際。 本文以起重機械金屬結構箱型截面的受壓翼緣板作為研究對象，將其簡化為四邊簡支的加勁薄板，運用加載試驗和有限元分析相結合的方法，對板的局部穩(wěn)定性機理進行了有益的探索。 對不同初始撓度以及不同加勁規(guī)格的薄板作了加載試驗。測得了板在關鍵位置的膜應力和彎

4、曲應力，得到了板在加載前后的波形分布。對帶有初始撓度加勁薄板的臨界載荷、極限載荷、波形的重新分布有了一定的感性認識。通過膜應力和彎曲應力分布的特點，驗證了板的屈曲過程的非線性特性。 有限元的分析中，模擬試驗的實際板材和約束條件，利用ANSYS有限元分析軟件的非線性分析(特征值屈曲分析，彈塑性分析)平臺，驗證了理想加勁板的屈曲臨界載荷理論計算值的可靠性，得到了實際加勁板的初始撓度與屈曲臨界載荷的關系曲線以及一定初始撓度下薄板寬厚比