塔式起重機起重臂多尺度建模及裂紋損傷宏觀表征*

王忠雷 張長江 陳慶強

山東建筑大學機電工程學院 濟南 250101

0 引言

隨著高層建筑的增多，塔式起重機（以下簡稱塔機）在工作過程中出現事故的現象日益增多，其中起重臂的斷裂在所有塔機事故中是最為常見的[1，2]。塔機起重臂是由腹桿與弦桿組成的變截面桁架結構，當小車經過起重臂下弦桿的變截面處時，下弦桿截面的不連續性會導致局部應力較大。當截面突變處的載荷循環累計到一定次數時，會逐漸在局部較大應力位置產生裂紋，且裂紋長度達到一定值后，塔機起重臂就會產生疲勞破壞。

宋世軍等[3]通過模擬連接螺栓組松動行為獲取標準節主肢的宏觀表征，為后期根據宏觀表征定性判斷塔身損傷位置打下基礎；張會敏等[4]提出了一種基于塔身頂端軌跡的塔身損傷識別方法，可對塔身狀態快速識別；崔飛等[5]提出了基于靜態應變及位移測量的結構參數識別法，可對結構損傷進行精準的定位；李正良等[6]提出了基于測量位移和頻率的二次損傷識別方法，可精確地計算出結構的損傷程度；高崇仁等[7]利用有限元分析和振動疊加原理為塔機裂紋識別提供了可靠依據。

本文以6010塔機為例，在多尺度建?；A上用Ansys命令流創建塔機整機梁桿模型與起重臂局部損傷實體模型，并選用生成剛性區法來連接2種模型。在靜強度分析的基礎上，以在起重臂每跨兩端4個節點位置處添加載荷的方式模擬變幅小車的工作過程。根據6010塔機起重特性曲線，選擇30個有效加載跨數，且每加載一跨都隨起重臂向Z軸正方向旋轉12°，起重臂的回轉用Lgen命令實現?！?br>