随着我国经济的快速发展以及在基础建设方面的不断投入,工程领域对于工程机械的需求量不断增加。同时,工程机械越来越高的满负荷率也对其各项性能提出了更高的要求,尤其是其使用过程中的疲劳性能。塔式起重机由于其作业空间大,可以实现物料的垂直及水平输送,故逐渐成为各类基础设施建设中最为广泛应用、不可或缺的工程机械之一。因此,研究塔机实际工程使用环境下的疲劳强度以及疲劳寿命,对于提高其安全性能、优化结构设计、延长使用寿命等具有重要的意义。对于塔式起重机而言,在实际工程应用中,由于其自身的使用特点,承受工作载荷非常频繁,且多为交变载荷,因此其结构面临严重的疲劳失效问题。典型的表现包括构件连接部位的应力松弛导致的连接失效,同时,由于其焊接结构焊接部位不可避免存在的微小裂纹,在交变载荷的影响下,也会容易诱发疲劳裂纹的扩展,最终引起结构件局部的疲劳断裂,造成难以挽回的安全事故。因此,如何分析塔式起重机的疲劳特性以及疲劳裂纹的扩展方式,并进一步地预测其疲劳使用寿命,便成为工程设计人员以及使用者所面临的严峻问题之一。本论文以QTZ40塔式起重机起重臂为研究对象,重点完成了以下研究内容:(1)通过建立塔式起重机起重臂的有限元模型,分析其边界条件,根据其典型的起重特性曲线,对其进行应力分析,计算典型工况下结构应力分布情况;进一步地,通过现场观察,统计一段时间内塔式起重机变幅小车运行至起重臂各节点的频次,最终确定了其疲劳危险位置;(2)考虑到塔式起重机起重臂的典型屋架焊接结构,引入断裂力学理论中计算应力强度因子的分析方法,通过建立典型T型焊接连接结构的有限元模型,并分析了其疲劳裂纹扩展方式及特征;计算了其不同结构参数下的应力强度因子,并基于焊接结构疲劳裂纹扩展速率,对其结构参数进行了优化;(3)基于断裂力学的疲劳寿命估算方法,对塔机的起重臂危险位置进行模型简化,计算出不同外部载荷作用下的塔机起重臂应力强度因子,运用断裂力学疲劳裂纹扩展速率理论,通过确定结构中初始裂纹长度和断裂裂纹长度,对其疲劳寿命进行预测。本论文通过对塔机起重臂疲劳寿命的分析研究,将材料的使用寿命提升到合理的高度,实现塔机结构相应的优化和调整,从而有效地提高利用率,节约工程成本,并减少塔机安全事故的发生。