本文選題：鑄造起重機　切入點：中溫環(huán)境　出處：《蘭州理工大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：重大機械裝備長期工作在復雜環(huán)境下,金屬結構和零部件力學性能逐漸退化,一旦發(fā)生事故,極易造成重大經濟損失和重大人員傷亡。鑄造起重機作為一種特殊的重大機械裝備,在承受載荷的同時,還受到高溫環(huán)境的影響,金屬結構一旦失效,懸吊于橋架下方的上百噸鋼水就會發(fā)生傾倒,其后果不堪設想。所以對鑄造起重機金屬結構壽命評估和可靠性分析對于防止事故發(fā)生是非常重要的。鑄造起重機金屬結構復雜,制造成本較高,用鑄造起重機金屬結構直接進行疲勞試驗研究并不現(xiàn)實,只能通過分析材料的疲勞損傷來預測金屬結構的壽命。Q345B鋼是工程中廣泛應用的結構鋼之一,但目前對于Q345B鋼的力學性能研究僅有常溫下的少量數(shù)據(jù),對于中溫下的力學性能研究也僅僅是靜拉伸力學性能分析,中溫環(huán)境下Q345B鋼的疲勞損傷行為研究更是少之又少,針對這種現(xiàn)狀,本文對鑄造起重機常用材料Q345B鋼,進行了中溫環(huán)境下的拉伸疲勞試驗和裂紋擴展試驗,研究了Q345B鋼在不同階段的疲勞損傷行為,具體內容如下:測試了Q345B鋼在不同溫度下的靜拉伸性能,通過不同溫度下的應力應變曲線,分析了溫度對屈服平臺的影響。同時,通過實驗數(shù)據(jù)分析得到Q345B鋼彈性模量、屈服極限和強度極限隨溫度變化的趨勢,為中溫疲勞試驗應力水平的選取提供依據(jù)。對Q345B鋼進行了不同應力幅值(420~480MPa)和不同環(huán)境溫度下(20℃~400℃)應力控制的疲勞試驗,通過疲勞試驗數(shù)據(jù)分析,得到了不同溫度的應變范圍變化規(guī)律。當環(huán)境溫度變化時,應變范圍變化規(guī)律不同,并不是隨溫度呈現(xiàn)單調的變化趨勢,在溫度為320℃時,循環(huán)初期應變范圍迅速下降,出現(xiàn)循環(huán)硬化現(xiàn)象,而其它溫度應變范圍都呈現(xiàn)出上升的趨勢,出現(xiàn)循環(huán)軟化現(xiàn)象。分析不同溫度的平均應變變化曲線,當溫度為320℃附近時,都經歷了平均應變速率穩(wěn)定階段,而其它溫度的試件直到斷裂,應變速率仍未穩(wěn)定。試驗結果表明,由于動態(tài)應變時效的原因,在320℃時有效的抑制了循環(huán)中的塑性變形。通過不同溫度下應力控制疲勞試驗數(shù)據(jù),以三參數(shù)(理論疲勞極限,疲勞抗力系數(shù),疲勞指數(shù))的應力壽命方法擬合出Q345B鋼在不同溫度下的最大應力與壽命函數(shù)關系式,以及平均應力修正后的應力壽命函數(shù)關系式,然后擬合出考慮應力安全系數(shù)后的應力壽命模型。通過擬合結果發(fā)現(xiàn)在320℃時,疲勞極限達到最大值。然后在溫度區(qū)間20℃~320℃和320℃~400℃,將溫度T分別擬合到考慮應力安全系數(shù)后的三參數(shù)應力壽命模型中的疲勞抗力系數(shù)、疲勞指數(shù)與疲勞極限中,得到了含溫度變量的三參數(shù)應力壽命模型和平均應力修正后的三參數(shù)應力壽命模型,為Q345B鋼在中溫環(huán)境下疲勞壽命預測提供計算模型。基于損傷力學理論,將循環(huán)過程中的平均應變N?與材料斷裂時的平均應變f?比值作為損傷變量,在雙對數(shù)坐標下,通過擬合得出lg(1-D)與lg(1/)f-N N的線性關系,從而確定損傷模型中的待定系數(shù)oD(初始損傷)和損傷指數(shù)q,在得到不同應力和不同溫度條件下所對應的損傷指數(shù)q后,將最大循環(huán)應力max?和溫度T擬合到損傷指數(shù)maxq(?,T)中,體現(xiàn)出不同應力以及不同溫度對損傷模型的影響。再將包含溫度變量T的應力壽命模型代入損傷退化模型中,得到了能夠綜合體現(xiàn)應力水平和溫度變量T的損傷退化模型。將損傷力學與有限元方法相結合,采用有效應力法,對鑄造起重機金屬結構裂紋萌生階段壽命進行模擬計算。此方法可以有效的提高在大模型下有限元計算效率。通過不同溫度下Q345B鋼的裂紋擴展實驗,研究了環(huán)境溫度對Q345B鋼裂紋擴展行為的影響,得到了Paris公式中的參數(shù)C和m隨環(huán)境溫度T的變化規(guī)律。為中溫環(huán)境下的Q345B鋼裂紋擴展行為提供裂紋擴展速率計算模型,從而解決了Q345B鋼在中溫環(huán)境下的裂紋擴展計算問題。將損傷力學理論與應力強度干涉理論相結合,考慮損傷的變化導致有效應力增加,將強度作為隨機變量,應力作為隨加載次數(shù)變化的隨機變量,采用抽樣仿真的方法,模擬計算出鑄造起重機吊鉤上橫梁隨加載次數(shù)變化的動態(tài)可靠度曲線。此方法為動態(tài)可靠性研究提供了新的手段。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG231.1

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7 羅家t，

本文編號：1593583