1、第12卷第4期2006年12月空 间 结 构SPATIAL STRUCTURESV011 2 No4Dec2006风机荷载下平板网架的整体疲劳分析岑 伟13，翁恩豪2， 刘福祺(1浙江大学土木工程系，浙江杭州310027；2湖州市建筑设计研究院，浙江湖州313000；3机械工业第三设计研究院，重庆400039)摘 要：针对风机交变荷载下平板网架产生整体疲劳的问题，采用总寿命法进行了分析该方法考虑了Goodman平均应力影响，运用雨流计数法统计应力一应变历程，并用Miner理论对不同应力幅值产生的损伤进行线性叠加，得到杆件的疲劳损伤程度，找出结构的疲劳薄弱区域研究发现，平板网架的疲劳薄弱区域始终
2、从放置风机的位置开始，随着风机荷载振幅的增大，疲劳薄弱区域逐步向四周扩散，疲劳损伤度呈指数增长风机工作频率接近网架前几阶自振频率时，结构易出现疲劳；两风机竖向振动相位差在90。135。及水平同步振动时，结构易出现疲劳关键词：平板网架；疲劳；总寿命法；薄弱区域中图分类号：TU356 文献标识码：A 文章编号：10066578(2006)04一0036一05Integral fatigue analysis of spatial trusses under fan loadsCEN Weil，WENG En_ha02，LIU Fuqi3(1D已户口，77咒P卵f。，Cf可iZ E珂gi咒gPri以
3、g，Ziz巧i口恕g U以i口Prstiy，H以超92o“310027，Ci竹以；2H“z矗o“A，fief“，盘Z DPsi972机械工业第三设计研究院,重庆,400039)， 翁恩豪,WENG En-hao(湖州市建筑设计研究院,浙江,湖州,313000)， 刘福祺,LIU Fu-qi(机械工业第三设计研究院,重庆,400039)刊名： 空间结构英文刊名： SPATIAL STRUCTURES年，卷(期)： 2006，12(4)被引用次数： 0次参考文献(15条)1.Krajcinovic D.Lemaitre J Continuum Damage Mechanics:Theory and
4、 Application 19872.Fuchs H O.Stephens R T Metal Fatigue in Engineering 19803.GB 50017-2003.钢结构设计规范 20034.Basquin O H The exponential law of endurance tests 19105.Coffin L F A study of the effects of cyclic thermal stresses on a ductile metal 1954(01)6.Manson S S Behavior of materials under condition
5、s of thermal stress 19547.Ritchie R O.Suresh S Some considerations on fatigue crack closure at near-threshold stress intensities due to fracture surface morphology 1981(01)8.Suresh S Crack deflection:implications for the growth of long and short fatigue cracks 1983(01)9.Suresh S Micromechanisms of f
6、atigue crack growth retardation following overloads 1983(01)10.冈村弘之.李顺林 线性断裂力学入门 198011.何庆芝.郦正能 工程断裂力学 199312.Miner M A Cumulative damage in fatigue 194513.曾春华.邹十践 疲劳分析方法及应用 199114.Safe Technology Limited 2003 200315.许国良 +33.0 m楼面上大型风机的振动影响问题 1991(04)相似文献(10条)1.学位论文 晋炜 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
7、析 2008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
8、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。2.学位论文 黄晓阳 基于ANSYS的平板网架结构设置悬挂吊车疲劳载荷谱的编制 2008疲劳载荷谱的研究是进行疲劳强度计算和疲劳可靠性分析的前提和依据。国内外关于疲劳载荷谱的研究已有很多，但大都集中在航空、机械、桥梁领域，对网架结构疲劳载荷谱的研究甚少。雷宏刚教授主持的“平板网架结构在悬挂吊车作用下的疲劳实用设计方法研究”已经获得国家自然科学基金的资助。作为该项目的子课题，本文对平板网架结构
9、在悬挂吊车作用下疲劳载荷谱的研究进行了相关探讨。本文经过查阅大量资料，回顾了疲劳问题及疲劳载荷谱问题在国内外的发展及目前的研究动态；本文经过调研，收集整理了国内主要厂家所产悬挂吊车的相关技术参数和国内设置悬挂吊车网架的工程实例。本文利用ANSYS有限元分析软件建立网架模型，模拟悬挂吊车运行过程，经过瞬态分析，得到吊点的载荷一时间历程，从而省去疲劳载荷现场测试采样的大量繁杂工作，在此基础上通过统计计数，编制出平板网架结构疲劳载荷谱，为疲劳载荷谱的研究提供一种新的方法。最后，就本文工作做了总结，并且对下一步的研究工作进行了展望。3.期刊论文 庞俊禄.Pang Junlu 浅析平板网架焊接空心球节点
10、疲劳寿命估算方法 -科学之友2009(14)文章简要阐述了疲劳寿命估算的一般方法及其估算步骤,同时也指出了各种估算方法的优缺点,介绍了在平板网架结构中焊接空心球节点在常幅载荷作用下裂纹起始阶段寿命的计算方法和计算公式,指出了焊接空心球节点在常幅载荷作用下裂纹扩展阶段的计算方法和计算公式.4.学位论文 牛津 平板网架螺栓球节点的可靠度及其疲劳寿命估算 2008近年来空间结构在我国发展迅猛。在悬挂吊车作用下螺栓球节点网架结构由于其在国内广泛应用所产生的疲劳问题己成为为国内外工程界和学术界关注的热点，而疲劳最终问题在于疲劳寿命的确定。本文是笔者在国家自然科学基金及导师的大力支持下参与了9个M20,1
11、2个M30高强螺栓进行疲劳试验的基础上完成的。本文将着重研究以下问题；1通过应用Ansys和3D3S软件对网架整体模型进行分析，研究了网架应力比区间，应力扩散效应，回答了网架疲劳存在与否。2通过将可靠性理论应用于网架节点公式并进行推导，笔者初步得出了网架静力和疲劳的可靠指标。3对实验所得的M20,M30高强螺栓数据用多种不同累积损伤公式计算得出损伤值变化区间，笔者分析了它们所计算得出结果的收敛性及其离散原因，给出了笔者建议的适用于工程疲劳的累积损伤公式。4在应用断裂力学计算疲劳寿命时，笔者通过将Forman公式用定积分的数学推导方法得到Forman寿命公式，指出断裂韧性和应力比均是疲劳寿命的重
12、要影响因素，用M20,M30高强螺栓数据进行寿命计算并将计算结果与Paris所推得寿命公式相比较，证实了断裂韧性对疲劳寿命有着重要影响。5.会议论文 王来.史丙成.陈恒超 正放四角锥平板网架的用钢量分析及其合理设计探讨 2000本文利用空间网格设计软件TWCAD及结构分析软件SuperSAP95对空间网格结构中应用较广的正放四角锥网架在各种情况下的用钢量进行了分析,得出了网格尺寸、网架高度等因素对网架用钢量的影响规律,供工程设计人员参考.6.学位论文 高峰 螺栓球节点平板网架结构的疲劳载荷谱研究 2008疲劳载荷谱是经处理的载荷一时间历程，它借助概率统计方法描述结构零部件在各种工况下的载荷统计
13、特性，并确定载荷大小及其出现频次或频率的统计关系。因此，疲劳载荷谱是机械或结构零部件疲劳设计、疲劳寿命预估、模拟实验、强度分析与计算、以及可靠性设计的依据。本文简要回顾了疲劳的发展史，论述了疲劳载荷谱在各个领域的研究动态，同时介绍了国内悬挂吊车厂家生产的电动葫芦和电动单梁吊车的类型和参数。本文研究的核心是通过编制计算机程序实现理论疲劳载荷谱的绘制。本支通过目前先进的计算机语言c、Matlab、SQL Server2005使编制的疲劳载荷谱程序实现以下功能:1、各功能界面简单明了，具有网络化的优点。2、能绘制和载荷谱有关的各种曲线。最后，通过模拟实例验证了程序流程的正确性。7.会议论文 黄晓阳.
14、雷宏刚 基于ANSYS的平板网架结构疲劳载荷谱的编制 2008本文以ANSYS有限元分析软件为手段,通过对网架结构模型的瞬态分析,得到悬挂吊点的载荷时间历程,在此基础上通过统计计数,对网架结构疲劳载荷谱编制的相关问题进行了探讨,为疲劳载荷谱的研究提供了一种新的途径.8.学位论文 翁恩豪 空间网格结构整体疲劳分析的研究 2005大跨空间结构在风机、风等交变荷载作用下,结构的应力循环交替变化,可能形成结构的疲劳损伤,且疲劳危险区域并不一定在应力最大值处.为了保证结构在设计寿命期内的安全使用,有必要对结构进行整体疲劳分析,评估其在设计年限内的疲劳损伤程度.本文采用总寿命法进行疲劳分析,试图通过有限元
15、理论分析结构在风、地震、风机等交变荷载作用下的瞬时响应,即用时程分析法得到结构的应力(应变)时程谱,结合疲劳分析的基本理论,把应力时程谱转化成应力峰值谱,运用雨流计数法,采用Goodman准则考虑平均应力的影响,统计出应力循环历程,再根据材料的S-N或-N疲劳寿命曲线,估算单一应力循环下的疲劳损伤D,然后用Miner线性累积损伤理论进行累加,得到结构在荷载过后的疲劳损伤程度;并将疲劳分析过程程序化,通过应力时程谱得到在弹性阶段结构任一部分的疲劳损伤程度,找到疲劳危险区域.结构的整体疲劳问题主要和材料的疲劳特性、外荷载的作用形式、结构的动力特性这三方面有关.当选定了一种材料后,就归结为外荷载作用
16、下结构各个部分的应力应变分析.对平板网架在风机荷载下的整体疲劳分析中发现,结构可能出现的疲劳与风机荷载的振动方向、振幅、频率以及不同风机振动的相位差等因素有关.对悬臂型挑篷在风荷载下的整体疲劳分析中发现,结构可能出现的疲劳受风作用的方向、大小以及风作用在结构上的快慢程度(文中用参数R来描述)等因素影响.从对以上结构进行整体疲劳的参数分析中可以看出,对承受较大反复荷载的结构设计时,应适当降低极限承载力下材料的许用应力,使应力循环幅值不至于过大,同时应避免不同位置疲劳损伤值的过大差异,如果疲劳损伤最值相差很大,应加强疲劳薄弱区域的杆件.论文最后对所做的研究工作进行了终结,得出了其它一些有参考价值的
17、结论,并指出进一步研究中亟待解决的问题.9.期刊论文 晋炜.雷宏刚.Jin Wei.Lei Honggang 网架螺栓球节点疲劳试验计算机仿真初探 -科学之友2008(12)文章采用有限元方法,借助ANSYS软件,探讨了平板网架结构螺栓球节点常幅疲劳试验过程的计算机仿真分析.10.学位论文 赵志伟 网架结构钢管焊接空心球连接节点的应力集中分析 2008随着网架结构的推广，焊接空心球节点作为一种比较合理的节点形式越来越多的在工程中得到应用。虽然焊接空心球节点在静力性能方面已有广泛的研究，但其疲劳问题却研究甚少。应力集中是构件及节点发生疲劳破坏的重要因素之一。本文利用ANSYS有限元分析软件，以平板网架结构钢管-焊接空心球连接节点为研究对象，分析了钢管-焊接空心球连接节点在单轴拉伸作用下的应力集中，得出以下几点结论:1.采用与试验试件一致的5种焊接空心球节点模型进行有限元分析，得出了节点应力分布规律。2.得出了应力集中数值解并确定了试件在试验阶段弹性加载值的范围。3.在d/D及t/T不同情况下，对直径范围为200mm500mm的7种焊接空心球进行了83种管球匹配，通过有限元分析得出了应力集中系数变化趋势，表明钢管与空心球节点刚度差是影响应力集中的重要因素。本文根据理论分析结果，提出了减小焊接空心球节点应力集中的几项有效措施。本文链接：http:/
