岸邊集裝箱裝卸橋金屬結(jié)構(gòu)裂紋的診斷與控制

岸邊集裝箱裝卸橋金屬結(jié)構(gòu)裂紋的診斷與控制2008年9月25日1斷裂力學(xué)的裂紋擴(kuò)展機(jī)理斷裂力學(xué)是研究具有初始缺陷的材料和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的有力工具，它結(jié)合現(xiàn)代的無(wú)損探傷技術(shù)，能夠克服傳統(tǒng)研究方法中所表現(xiàn)出的弊端，如定量計(jì)入初始缺陷對(duì)疲勞壽命的影響，以裂紋的尺寸大小和裂紋的擴(kuò)展速率作為結(jié)構(gòu)損傷大小的判據(jù)，來(lái)判定剩余壽命和巡檢周期等[1]。裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子是這一方法的基礎(chǔ)，在裂紋臨界擴(kuò)展階段，當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值ΔK小于門檻值ΔKth時(shí)，裂紋擴(kuò)展速率da/dN的對(duì)數(shù)和應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值ΔK的對(duì)數(shù)之間關(guān)系可用Paris公式描述。裂紋體存在一個(gè)臨界裂紋長(zhǎng)度ac，當(dāng)存在的裂紋長(zhǎng)度a<ac時(shí)，表示該裂紋體可以繼續(xù)使用，如果a≥ac，表示該裂紋體不可使用。ac是可通過材料的斷裂韌性常數(shù)KIC和材料應(yīng)力場(chǎng)的分布數(shù)據(jù)求得（1）式中KIC——材料的疲勞斷裂韌性F——修正系數(shù)，取1~1.12σmax——裂紋處最大主應(yīng)力值σmin——裂紋處最小應(yīng)力值對(duì)于港口起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)，在計(jì)算ac時(shí)，可近似地采用σmin=0，即不吊重物時(shí)，構(gòu)件裂紋處的應(yīng)力為0。這樣計(jì)算值ac小于實(shí)際值，同時(shí)也有利于做出更安全的判斷。σmax可通過應(yīng)力測(cè)量測(cè)出或者有限元法算出[2-3]。2裂紋的壽命診斷和控制2.1巡檢部位的確定起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生裂紋的原因主要有超負(fù)荷工作、起重機(jī)失修、設(shè)計(jì)制造與材料的缺陷以及焊接工藝等的影響。港口起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)常見裂紋主要出現(xiàn)在焊縫及熱影響區(qū)與結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中處，如箱形結(jié)構(gòu)尖角處、變截面處、非回滑過渡處等構(gòu)件截面轉(zhuǎn)折或突變部位。一般裂紋發(fā)生在構(gòu)件應(yīng)力值比較大和應(yīng)力集中的部位，且裂紋擴(kuò)展有可能達(dá)到臨界長(zhǎng)度ac，而出現(xiàn)失穩(wěn)擴(kuò)展。通過ANSYS分析集裝箱起重機(jī)前橋板殼在各個(gè)工況的受力情況，獲得其各工況應(yīng)力云圖，經(jīng)分析對(duì)比，確定圖1中的A、B、C3處的應(yīng)力較大，是應(yīng)重點(diǎn)巡檢部位。圖1前橋板殼的巡檢部位示意圖圖2巡檢部位C的裂紋敏感區(qū)在沒有應(yīng)力云圖參考的情況下，港口機(jī)械維護(hù)人員也可以采用應(yīng)力測(cè)試儀，參考圖3對(duì)港口起重機(jī)進(jìn)行巡檢，實(shí)測(cè)最大第1主應(yīng)力值。