《起重机结构疲劳剩余寿命评估方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《起重机结构疲劳剩余寿命评估方法（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、起重机结构疲劳剩余寿命评估方法摘要：起重机械是石油化工、冶金、建筑、水利电力、港口、机械等行业中不 可或缺的重要设备。这些设备价格昂贵，制造、安装、调试时间长，使用维护成 本高，管理复杂，设备的更新报废使用时间至今没有标准企业中现有的设备大多 己服役多年，它们的使用寿命或极限状态的预测，是企业非常关心和迫切需要解 决的问题。金属结构是起重运输机械的重要组成部分，金属结构的设计对起重机 工作性能有决定性的影响，因此，对于起重机结构疲劳剩余寿命评估方法的研究 显得尤为重要。关键词：起重机结构；疲劳剩余；寿命评估；方法起重机箱金属结构本身存在着材料和设计缺陷，乂承受重复的交变载荷，疲 劳破坏是其主要
2、失效形式。据调查统计，最常见的也是最严重的是以疲劳裂纹为 特征的起重机焊接结构的破坏，而梁结构的疲劳破坏直接表现为裂纹的萌生与扩 展。一、起重机结构疲劳剩余寿命估算起重机械在经济建设中骑着不可或缺的重要作用，是重大技术装备行业中的 特种设备，一旦发生事故，经济损失惨重、社会影响恶劣。近年來，国内许多国 家和地区，相继发生起重机械结构系统突然断裂和失效事件，而造成这类事故的 主要原因之一就是疲劳破坏。因此，各国政府和检验机构对起重机械结构系统进 行定寿、延寿的研究空前重视。二、估算起重机金属结构剩余疲劳寿命的方法由于影响金属疲劳的因素复杂，准确预计起重机金属结构剩余疲劳寿命的工 作比较困难。目前
3、国内外在解决该问题时釆用的方法有：（一）结构无损伤监测法（1）超声波探伤法超声波探伤法是根据超声波原理，利用金属结构件对超声 波的反射信号进行测试，通过判断金属结构件内部的裂纹程度，预测金属结构的 剩余疲劳寿命。（2）红外线检测法红外线检测是通过测量热流或热量來鉴定金属或非金属材 料质量。当材料中的疲劳裂纹被检测后，计算出裂纹对材料疲劳寿命的影响。（3）光纤测试法光纤测试是将光纤或集成光纤束预制带，粘贴到被测件上， 检测结构受疲劳作用后参数的变化，利用计算机釆集和分析，预测结构的剩余疲 劳寿命。）涂漆法美国等国家正在研究一种特殊用途的“油漆，将该种油漆涂在需要测试的构 件表面。在构件受疲劳作用
4、力后，油漆表面将发生变形，然后用特殊仪器來测试 其变化量，由此得出该构件的剩余疲劳寿命。（三）计算机仿真估算法釆用人工神经网络描述疲劳损伤过程中材料的性能变化。实际上，载荷对材 料的作用是连续的，但为了确定损伤的状态，把连续载荷离散为循环载荷序列， 将疲劳过程本身描述为材料状态的变迁，构成离散事件仿真系统。系统按循环载 荷一时间历程推进，每作用一个载荷循环，材料状态发生一次变迁，当材料的损 伤达到临界值时材料失效，仿真结束。（四）断裂力学估算法断裂力学理论是研究具有初始缺陷的材料和结构强度的有力工具。该理论基 于金属材料本身存在的冶金缺陷以及金属结构在焊接过程中产生的气孔、夹渣和 焊接裂纹等焊
5、接缺陷这一事实，结合现代的无损伤检测技术，定量计人初始缺陷 对疲劳寿命的影响。以裂纹的尺寸大小和裂纹的扩展速度作为结构损伤大小的判 据來判定金属结构的剩余疲劳寿命。疲劳寿命评估路线图三、实例分析起重机结构疲劳剩余寿命评估方法（一）臂架系统有限元分析与计算根据起重机作业情况统计表中的记录内容（近5个月）及相关的人员调查中, 得知这三台起重机通常在36.6m主臂、16.6m副臂情况下作业。为了确定臂架的 最大应力和工作应力，分别对18.3m基本主臂和36.6m主臂两种臂长进行了有限 元分析与计算。臂架系统在实际作业过程中，弦杆与腹杆主要承受轴向力。由于臂架自重， 以及臂架所承受的侧向载荷（货重、风
6、载或回转等引起的）作用，使得弦杆与腹 杆承受弯矩.因此釆用梁单元构建臂架系统的有限元模型.（二）有关起重机作业的历史记录进行臂架实际工作寿命计算时需要有详细具体的臂架历史工作记录，包括起 重量、作业幅度、臂长、主副钩作业等数据记录。由于这三台起重机在以往的作 业过程中没有历史记录，这给计算带來了很大困难。为此，对这三台起重机进行 了5个月的作业统计，得到了起重机作业情况统计表，可以从这些数据了解起重 机作业强度和频繁程度。从这些数据中看出，起重机总工作次数为675次（平均 每天吊8.4次钩）。副臂工作564次，占总工作次数的84%o主臂工作次数为111次，占总工作次数的16%。副臂工作多数在小
7、载荷情况 下（0.2t48t）,主臂工作强度相对较大，接近额定起重量，其至出现超载现 象。（三）应用载荷状态法评估臂架系统的工作寿命首先确定起重机的工作级别.根据起重机设计规范，履带起重机主要应用于安 装作业中，属安装用起重机，工作级别为A1-A2.除非特殊要求，才在设计中根据 客户要求重定工作级别，否则按照设计规范规定的工作级别进行设计.该三台履带 起重机属于常规设计，因此确定其工作级别为A2。一般履带起重机的载荷状态属 于中等级别，即Q2=0.25 （有时起升额定载荷，一般起升中等载荷）.由载荷状态 和工作级别可以确定起重机的利用等级。该三台起重机的利用等级为认，工作总 的循环次数在3.2
8、 Xl-6.3 X 104之间，即结构的工作寿命。结束语科学在发展，人们对客观世界的认识在发展，起重机结构疲劳是人们在生产 劳动中逐渐发现并研究堂握的力学现象。产业革命后，许多起重机的断裂事故令 工程师们烦恼不己，破坏往往发生在零部件的应力集中处，名义应力并不高，低 于材料的强度极限和屈服极限。因此，开展对这类结构，尤其是对己服役结构疲 劳破坏规律研究，估算其疲劳剩余疲劳寿命，研究其疲劳可靠性，对于预防疲劳 断裂事故的发生，因此，科学准确地评估预测大型设备的寿命，实施设备的科学 管理，选择设备的最佳更新时间等，对于提高企业的装卸效率、保证企业的安全 生产、降低成本、提高经济效益等，都有十分重要的意义。参考文献：徐格宁，左斌.起重机结构疲劳剩余寿命评估方法研究D.太原科技大学，2007. 2王勇玲.起重机结构疲劳剩余寿命评估方法研究J.工业c, 2016 （23） : 149-149.3谭文峰，张文志.疲劳损伤伤演方程中材料常数的确定C17：实验力学，2007, 22 (6) : 644-648.李庆芬，胡胜海，朱世范断裂力学及其工程应用M.哈尔滨：哈尔滨工程大学 出版社，2008.吴晓，罗薇，刘璐，等.在役桥(门)式起重机金属结构疲劳寿命预测分析J中 国安全科学学报,2010, 20 (2): 95-99.
