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塔式起重机臂架结构安全评定方法研究

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在塔式起重机中，臂架结构为主要的承载部位，长期在交变载荷下工作。结合近几年塔式起重机安全事故，臂架结构为塔式起重机断裂破坏发生的高危构件。塔式起重机的臂架结构主要是焊接桁架结构，存在初始焊接缺陷，并且经常在高强度的随机载荷下工作，很容易发生疲劳破坏，从而使得臂架结构在工作使用中存在安全隐患。因此，针对塔式起重机臂架结构安全性的研究是确保塔式起重机安全运行的保障。 本文以某建筑施工工地服役的TC6020塔式起重机为研究对象，从结构完整性评定理论出发，以断裂力学理论、可靠性理论、损伤演化准则以及疲劳损伤理论等为基础，结合有限元分析结果和数值分析等技术手段，展开对塔式起重机臂架结构安全评定方法的研究。论文的主要内容及结论有： (1)基于结构完整性理论来对塔式起重机臂架结构的安全评定流程和方法进行研究。从断裂评定和疲劳分析两方面着手，结合塔式起重机臂架结构的结构特点和工作环境等因素，研究用于塔式起重机臂架结构安全评定的流程和方法。 (2)对塔式起重机臂架结构的断裂安全评定方法进行研究。以某建筑工地使用的TC6020塔式起重机臂架结构为例，利用有限元分析软件ABAQUS建立该塔式起重机臂架结构的有限元模型；同时，以英国标准BS7910三级断裂评定准则为参考，结合臂架结构裂纹缺陷的参数信息以及有限元应力分析结果，对裂纹缺陷进行断裂安全评定，从而得出该塔式起重机臂架结构的断裂安全评定结果。 (3)对塔式起重机臂架结构的疲劳安全评定方法进行研究。同样以TC6020塔式起重机臂架结构为研究对象，以名义应力疲劳寿命分析法和疲劳裂纹扩展评定法为基础，结合塔式起重机臂架结构实际的疲劳载荷工况和裂纹缺陷特点，对比分析两种方法的优缺点，结合结构的有限元分析结果，对疲劳评定参数进行计算，预测臂架结构的疲劳寿命，从而得出该塔式起重机臂架结构的疲劳安全评定结果，并讨论各参数对于疲劳评定结果的影响。 (4)塔式起重机臂架结构的裂纹扩展有限元仿真。首先，对相互作用积分法和扩展有限元法进行对比分析，以一有限大含缺陷平板为例，分析两种方法在裂纹仿真中的优劣势；其次，结合塔式起重机臂架结构的有限元分析结果，提取裂纹附近的边界条件，建立裂纹所在位置的局部有限元模型，釆用扩展有限元法对含裂纹缺陷臂架结构进行裂纹扩展仿真分析，得到含裂纹缺陷臂架结构的断裂参数以及裂纹单元的扩展方向及状态。

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