1、冶金橋式起重機(jī)械冶金橋式起重機(jī)械疲勞壽命疲勞壽命估算估算匯報(bào)人：匯報(bào)人：陳力陳力2015 年年 10 月月 16日日第一屆全國(guó)起重機(jī)械安全健康管理技術(shù)研討會(huì)中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院一、概述二、疲勞熱點(diǎn)區(qū)損傷評(píng)價(jià)與壽命預(yù)測(cè)方法三、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理四、應(yīng)用案例五、結(jié)語在起重機(jī)械與裝備中，疲勞破壞疲勞破壞事故占機(jī)械結(jié)構(gòu)斷裂失效斷裂失效的絕大多數(shù)。疲勞斷裂疲勞斷裂有很大的危險(xiǎn)性，在交變載荷交變載荷的作用下，機(jī)械結(jié)構(gòu)在接近達(dá)到疲勞壽命時(shí)，結(jié)構(gòu)上的裂紋會(huì)進(jìn)一步的擴(kuò)展，造成整個(gè)機(jī)械的失效。在近代的各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中，疲勞破壞疲勞破壞占整個(gè)結(jié)構(gòu)失效破壞的80%以上，特別是近些年來，隨著起重機(jī)械朝著大型化與高速化的發(fā)展，

2、起重機(jī)械結(jié)構(gòu)所承受的載荷越來越大，而且它們的工作環(huán)境也很惡劣，疲勞破壞也變的更加頻繁了。引起疲勞破壞疲勞破壞的最主要原因就是疲勞裂紋疲勞裂紋。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)在加工制造過程中，不可避免的存在著加渣加渣、焊接不均勻焊接不均勻以及應(yīng)力集中應(yīng)力集中等小缺陷問題；再在不斷變化的載荷不斷變化的載荷的作用下，這些小缺陷匯聚形成裂紋，裂紋進(jìn)一步的擴(kuò)展，最終導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞破壞。由于起重機(jī)結(jié)構(gòu)所承受載荷的頻次程度頻次程度、工作環(huán)境工作環(huán)境、以及保養(yǎng)狀保養(yǎng)狀況況的各不相同；而且截止到現(xiàn)在，國(guó)家尚未尚未出臺(tái)統(tǒng)一的起重機(jī)械報(bào)廢起重機(jī)械報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。所以，尋找一種能夠相對(duì)實(shí)用、簡(jiǎn)便、且科學(xué)的預(yù)估方法，來估算橋式起重機(jī)的

3、剩余壽命剩余壽命就顯得相當(dāng)重要。疲勞剩余壽命評(píng)估步驟名義應(yīng)力有限壽命設(shè)計(jì)法是一種使用較早的有限壽命設(shè)計(jì)方法，常稱為安全壽命設(shè)計(jì)，它是無限壽命設(shè)計(jì)法的直接發(fā)展。其設(shè)計(jì)思想也大體相似，都是從從材材料的料的S-N曲線出發(fā)，再考慮各種影曲線出發(fā)，再考慮各種影響因素，得到零件的響因素，得到零件的S-N曲線，并曲線，并根據(jù)零件的根據(jù)零件的S-N曲線進(jìn)行抗疲勞設(shè)曲線進(jìn)行抗疲勞設(shè)計(jì)計(jì)。所不同的只是無限壽命設(shè)計(jì)方法使用的是S-N曲線的水平部分，即疲勞極限；而有限壽命設(shè)計(jì)使用的是斜線部分。1、名義應(yīng)力法、名義應(yīng)力法在程序加載下，若試樣的加載歷史由 ，共l個(gè)不同的應(yīng)力水平構(gòu)成，各應(yīng)力水平下的疲勞壽命依次為 ，各應(yīng)力

4、水平下的循環(huán)數(shù)依次為以 ，材料內(nèi)部每個(gè)應(yīng)力水平下的疲勞損傷為當(dāng)總損傷D滿足下列條件時(shí)，就可以預(yù)計(jì)發(fā)生失效 2、Miner線性累積損傷理論線性累積損傷理論,iii fnDN11,1.0lliiiii fnDDN在起重機(jī)械的使用壽命期間，零件受到的載荷一般是是隨時(shí)間變化的隨機(jī)載荷。對(duì)于常幅載荷，無論是否采用平均補(bǔ)償加載，一個(gè)循環(huán)的振幅和零件所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)都是可以直接確定的。首先將應(yīng)力測(cè)試采集的應(yīng)力時(shí)間歷程，處理成便于提取循環(huán)數(shù)的數(shù)據(jù)，這個(gè)過程包括等值數(shù)壓縮、峰谷值檢測(cè)和無效幅值的去除。 等值數(shù)壓縮。將采樣應(yīng)力時(shí)間歷程中，連續(xù)相等的數(shù)據(jù)只保留一個(gè)。 峰谷值檢測(cè)。將數(shù)據(jù)中的峰谷值提取出來，為下一步無

5、效幅值去除做準(zhǔn)備。 去除無效幅值。將應(yīng)力幅值很小的對(duì)疲勞影響不顯著的數(shù)據(jù)元素去除。1、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)預(yù)處理 將譜歷程曲線旋轉(zhuǎn)90放置，如和圖 2 (a)所示。將載荷歷程看作多層屋頂，假想有雨流滴沿最大峰或谷處開始往下流。若無屋頂阻攔，則雨滴反向，繼續(xù)流至端點(diǎn)。 起始于波谷的雨流，遇到比它更低的谷值便停止；起始于波峰的雨流，遇到比它更高的峰值便停止。 當(dāng)雨流遇到來自上面屋頂流下的雨時(shí)就停止流動(dòng)，并構(gòu)成了一個(gè)循環(huán)。 根據(jù)雨滴流動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)，畫出各個(gè)循環(huán)，將所有循環(huán)逐一取出來，并記錄其峰谷值。 每一雨流的水平長(zhǎng)度可以作為該循環(huán)的幅值。 如圖所示，得到計(jì)數(shù)循環(huán)塊，3-4-3，2-5-2，7-8-7

6、，12-13-12，10-11-10，14-15(1)-14，6-9-6，共7個(gè)計(jì)數(shù)循環(huán)塊。圖 2 (a)表示原始數(shù)據(jù)點(diǎn)，圖 2 (b)是一次雨流計(jì)數(shù)過程，圖 2 (c)-(e)是二次雨流計(jì)數(shù)過程。一次雨流計(jì)數(shù)后形成圖 2 (c)所示的發(fā)散收斂波，在最大峰值處(數(shù)據(jù)點(diǎn)6)截?cái)啵缓笞蠖闻c右段對(duì)接，形成如圖 2 (d)所示，經(jīng)二次雨流計(jì)數(shù)過程完成對(duì)接的波形繼續(xù)提取循環(huán)直到剩下三個(gè)點(diǎn)(圖 2 (e)，循環(huán)計(jì)數(shù)最終完成。2、雨流計(jì)數(shù)法、雨流計(jì)數(shù)法1、雨流計(jì)數(shù)法、雨流計(jì)數(shù)法雨流法計(jì)數(shù)示意圖應(yīng)力時(shí)間歷程經(jīng)循環(huán)計(jì)數(shù)處理之后得到的輸出數(shù)據(jù)文件是整個(gè)歷程中各次應(yīng)力循環(huán)的均值和幅值，不僅數(shù)據(jù)量大，而且是隨機(jī)變量

7、，不能用于疲勞分析處理，因此有必要將這些均值和幅值加以整理均值和幅值加以整理，形成可以用于試驗(yàn)加載的塊狀程序譜塊狀程序譜，以便于壽命估算和疲勞試驗(yàn)時(shí)應(yīng)用。采用國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的“波動(dòng)中心”法，將應(yīng)力譜簡(jiǎn)化為一元隨機(jī)變量(即僅考慮應(yīng)力循環(huán)的幅值而不考慮應(yīng)力循環(huán)的均值)問題，并以波動(dòng)中心作為應(yīng)力循環(huán)的靜應(yīng)力分量，幅值作為應(yīng)力循環(huán)的動(dòng)應(yīng)力分量，將幅值疊加于波動(dòng)中心之上。3、載荷譜、載荷譜數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境和施工時(shí)間，經(jīng)與甲方協(xié)調(diào)最終確定以下點(diǎn)為熱點(diǎn)區(qū)域測(cè)試點(diǎn)。測(cè)試頻率：測(cè)試頻率：25cfHz測(cè)試時(shí)間：測(cè)試時(shí)間：2014年11月5日11月10日熱點(diǎn)區(qū)域的原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 級(jí)數(shù)級(jí)數(shù)應(yīng)力幅應(yīng)力幅

8、(MPa)頻次頻次(/年年)累積頻次累積頻次超值累積頻率超值累積頻率損傷值損傷值111.8933215737301.000E+09.988E-6216.6916425405155.495E-13.928E-5321.495475240903.267E-16.140E-5426.306570186152.525E-12.526E-4531.106570120451.634E-17.040E-4635.91255554757.426E-26.583E-4740.71182529203.960E-21.013E-3845.51010951.485E-20.000E+0950.3236510951.4

9、85E-27.389E-41055.1207309.901E-30.000E+01159.923657309.901E-32.149E-31264.733653654.950E-33.441E-3危險(xiǎn)點(diǎn)A1應(yīng)力譜及損傷 危險(xiǎn)點(diǎn)A2應(yīng)力譜及損傷級(jí)數(shù)級(jí)數(shù)應(yīng)力幅應(yīng)力幅(MPa)頻次頻次(/年年)累積頻次累積頻次超值累積頻率超值累積頻率損傷值損傷值122.4429565733651.000E+04.314E-4229.4818980438005.970E-11.467E-3336.539490248203.383E-12.715E-3443.578760153302.090E-17.358E-3550

10、.61511065708.955E-21.072E-2657.65014601.990E-20.000E+0764.70109514601.990E-21.029E-2871.743653654.975E-36.450E-3 危險(xiǎn)點(diǎn)B1應(yīng)力譜及損傷級(jí)數(shù)級(jí)數(shù)應(yīng)力幅應(yīng)力幅(MPa)頻次頻次(/年年)累積頻次累積頻次超值累積頻率超值累積頻率損傷值損傷值11.62762851157051.000E+01.190E-01023.5411680394203.407E-12.134E-935.45365277402.397E-19.376E-01047.360273752.366E-10.000E+059.

11、285475273752.366E-13.629E-7611.195110219001.893E-11.065E-6713.114015167901.451E-12.195E-6815.025475127751.104E-16.884E-6916.94292073006.309E-27.640E-61018.85043803.785E-20.000E+01120.77043803.785E-20.000E+01222.68043803.785E-20.000E+0 危險(xiǎn)點(diǎn)B2應(yīng)力譜及損傷級(jí)數(shù)級(jí)數(shù)應(yīng)力幅應(yīng)力幅(MPa)頻次頻次(/年年)累積頻次累積頻次超值累積頻率超值累積頻率損傷值損傷值13.7

12、964240967251.000E+01.806E-828.7112775324853.358E-15.746E-7313.629490197102.038E-16.567E-6418.541460102201.057E-16.632E-6523.45584087609.057E-21.116E-4628.37146029203.019E-28.916E-5733.2836514601.509E-25.915E-5838.19010951.132E-20.000E+0943.11010951.132E-20.000E+01048.0273010951.132E-21.111E-31152.9403653.774E-30.000E+01257.853653653.774E-31.733E-3 = 0.03941= 260.0394危險(xiǎn)點(diǎn)的損傷估算疲勞壽命年= 0.00911=111 0.0091危險(xiǎn)點(diǎn)的損傷估算疲勞壽命年=6.0622E-41=16506.0622E-4危險(xiǎn)點(diǎn)的損傷估算疲勞壽命年=0.00311=3210.0031危險(xiǎn)點(diǎn)的損傷估算疲勞壽命年危險(xiǎn)點(diǎn)危險(xiǎn)點(diǎn)A1：危險(xiǎn)點(diǎn)危險(xiǎn)點(diǎn)A2：危險(xiǎn)點(diǎn)危險(xiǎn)點(diǎn)B1：危險(xiǎn)點(diǎn)危險(xiǎn)點(diǎn)B2： 根據(jù)