起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)加勁薄板承載能力的試驗(yàn)研究與仿真分析.pdf

1、起重機(jī)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(shí)，對(duì)起重機(jī)自身重量控制的要求也越來越高。目前，起重機(jī)的箱型梁結(jié)構(gòu)件的外形尺寸越來越大，有的高度甚至達(dá)3600mm，“薄壁”成為起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的重要特性。這一特性使結(jié)構(gòu)的局部穩(wěn)定性承載能力急劇下降。當(dāng)穩(wěn)定性承載能力小于某一外載荷時(shí)，結(jié)構(gòu)最終以局部喪失穩(wěn)定退出承載，導(dǎo)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(gè)問題，大部分事故

2、均發(fā)生在正常作業(yè)狀態(tài)下。面對(duì)這些事故，建立一套完整的安全評(píng)估體系用于指導(dǎo)企業(yè)的設(shè)備管理成為一個(gè)迫切需要解決的問題。 本課題組在金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估體系方面已有部分理論和經(jīng)驗(yàn)積累(課題組已完成上海教委基金項(xiàng)目：①基于斷裂理論的集裝箱金屬結(jié)構(gòu)失效研究，項(xiàng)目編號(hào)：02JK05；②大型機(jī)械結(jié)構(gòu)常用板材的裂紋擴(kuò)展規(guī)律研究，編號(hào)：97JG5055)。課題組在疲勞斷裂評(píng)估方面已建立較完整的體系，但在構(gòu)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(duì)其失效的機(jī)理還需要通過試驗(yàn)與仿真的認(rèn)識(shí)。因此，本文就帶有初始缺陷的加勁板的穩(wěn)定性問題進(jìn)行了試驗(yàn)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(yīng)用于工程實(shí)際。 本文以起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)箱型截面的受壓翼緣板作為研究對(duì)象，將其簡(jiǎn)化為四邊簡(jiǎn)支的加勁薄板，運(yùn)用加載試驗(yàn)和有限元分析相結(jié)合的方法，對(duì)板的局部穩(wěn)定性機(jī)理進(jìn)行了有益的探索。 對(duì)不同初始撓度以及不同加勁規(guī)格的薄板作了加載試驗(yàn)。測(cè)得了板在關(guān)鍵位置的膜應(yīng)力和彎

4、曲應(yīng)力，得到了板在加載前后的波形分布。對(duì)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(rèn)識(shí)。通過膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力分布的特點(diǎn)，驗(yàn)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(yàn)的實(shí)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(tái)，驗(yàn)證了理想加勁板的屈曲臨界載荷理論計(jì)算值的可靠性，得到了實(shí)際加勁板的初始撓度與屈曲臨界載荷的關(guān)系曲線以及一定初始撓度下薄板寬厚比