桥式起重机主梁焊缝有限元计算子模型

焊缝有限元

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桥式起重机主梁焊缝有跟元计算子模型武汉科技大学杨先勇刘安中李友荣宝钢股份有限公司设备部陈坚波 摘要：桥式起重机主梁焊缝是易产生应力集中和疲劳裂纹的部位。采用板单元的主梁整体模型中焊缝高

度尺寸比板单元尺寸小很多，其计算结果不能反映焊缝的应力分布状况。运用“板到体子模型”法，精确得出 主梁跨中焊缝处的应力分布状况，计算结果与实际情况相符，表明子模型法是分析结构局部应力集中的有效手段。

关键词：桥式起重机；焊缝；子模型；应力集中Ab t c: W edn si v re d taeig e' e sman gresae po e t a s t s瑚 t lig n o eha rvl in i id r l rn o c ue sl n a '￣ cn e t t n a d ft u rc o c nr i n ai e ca k. ao g

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cn et t n o c nri ao

桥式起重机 (以下简称桥机 )的主梁是典型的焊接结构，焊缝处受力复

杂，是易产生应力集中和疲劳裂纹的部位，为起重机的安全运行埋下隐患。因此对焊缝处应力分布状况进行研究，对于预防疲

17 .9× l s ON。

铅垂方向的集中载荷作用于车轮和主

梁上小车轨道的接触处，将其等效为在接触处附近的主梁节点上分布的载荷。13计算结果 .从图 1中看出，主梁跨中部分的应力很大，跨中下翼缘板的最大应力为 7 .5M a 3 8 P,主腹板最大应力为 7 .6MP。 54 a

劳断裂事故的发生，指导桥机主梁焊缝的设计、制造与改进具有重要意义。

本文以某冷轧带钢厂 5×3 0t 3m桥机为例，采用“到体子模型”法，从桥架整体模型中提取跨板中焊缝部分结构，对该处焊缝的应力分布进行分析，为其焊接结构设计和疲劳设计提供了依据。

1主梁整体模型1 1基本参数 .该机的大车跨度为 3 3m,小车轨距为 35 .5m,整机自重为 15t 2,小车自重为 2 .,主梁材质 82 t 4图 1跨中下翼缘板最大主应力分布图 A主腹板一 B一下翼缘板

相当于国产 Q 3一 B 2 5,工作级别为 A。 8 12桥架计算模型 .由于该机的结构和负载具有对称性，其计算模型可只取整个桥架的一半。该机主梁为箱形梁，由钢板焊接而成，钢板的长、宽尺寸远大于厚度尺

2主梁跨中焊缝子模型在主梁整体模型中采用四边形板单元，考虑单元总数及计算时间的限制，单元尺寸一般为板厚的 1倍，主腹板、加强板厚度为 1 i,而主梁下翼 0 0rn a缘板、主腹板、加强板之间焊缝高度只有 4rn i, a主梁整体模型计算结果不能反映焊缝的应力分布情况。因此运用“到体子模型”法，将图 2板所示部分从整体模型中切割出来作为子模型，并将整体模《起重运输机械》 20 () 05 4

寸，故采用 4节点四边形板单元，模型共划分了 1 9个单元和 1 5 9 6 4 8 4个节点。计算工况为载重 4 5 5 t,小车位于主梁跨中。在小车自重和吊重共同作用下，小车各车轮承受的压力 (垂方向 ) P:铅一

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型中该切割边界的计算位移作为子模型的边界约束条件，采用尺寸更小的三维实体单元，对主

梁跨中焊缝及其附近区域进行分析。

截面，为 7 .2 P;在图3中的 A区域内，第一、 64 a M第二和第三主应力均大于 0,此处焊缝处于 3向受拉应力状态，应按最大拉应力理论进行计算。 ( )由图 4可知，主腹板与跨中加强板下端的 2焊缝、下翼缘板与跨中加强板靠近主腹板端焊缝处有严重的应力集中，焊缝的最大剪应力就发生在这 2,分别为 7 .4M a 57 a处 60 P、7 .3MP。主腹板与跨中加强板下端焊缝在焊缝的应力集中区 2 n的距 4l l n

离内，剪应力从 7 .4M a下降到 2 . P;下 60 P 58 M a 9图 2主梁跨中焊缝子模型结构图 1 .下翼缘板 2 .跨中加强板 3 .焊缝 4 .主腹板

翼缘板与跨中加强板靠近主腹板端焊缝在焊缝的应

2 1子模型 .

子模型在坐标系中的位置与桥架整体模型相应部分的位置完全相同，并对其进行相对精细的网格划分，子模型采用 8节点六面体三维实体单元。焊缝部位网格为 1i l l×1ln的六面体网格， n×1/ n ln l/// 单元网格尺寸为板厚的 1 1,计算精度足够。子/0模型共划分了 1287 4 5个单元和 1518节点。 6 8个22计算结果 .

力集中区 2 i 4h m的距离内，剪应力从 7 .3M a 57 P下降到 2 .3M a 94 P。

图 3为子模型求解结果的应力等值线图。图 4 是主腹板与跨中加强板之间焊缝的最大剪应力沿 Y 方向 (图 3见 )的变化曲线和下翼缘板与跨中加强板之间焊缝的最大剪应力沿方向的变化曲线。 焊缝最大剪应力发生在焊缝的 4。向截面上。 5方图 4跨中加强板焊缝的最大剪应力变化曲线

4

8a虹P s 1= 7 6 4 2 M

()由图 4 3、5可知，腹板与跨中加强板下端焊缝、下翼缘板与跨中加强板靠近主腹板端焊缝主要承受的是焊缝的 4。向截面上剪应力，这 …… 此处隐藏：2256字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……