1、冶金橋式起重機械冶金橋式起重機械疲勞壽命疲勞壽命估算估算匯報人：匯報人：陳力陳力2015 年年 10 月月 16日日第一屆全國起重機械安全健康管理技術研討會中國特種設備檢測研究院一、概述二、疲勞熱點區損傷評價與壽命預測方法三、監測數據處理四、應用案例五、結語在起重機械與裝備中，疲勞破壞疲勞破壞事故占機械結構斷裂失效斷裂失效的絕大多數。疲勞斷裂疲勞斷裂有很大的危險性，在交變載荷交變載荷的作用下，機械結構在接近達到疲勞壽命時，結構上的裂紋會進一步的擴展，造成整個機械的失效。在近代的各個工業領域中，疲勞破壞疲勞破壞占整個結構失效破壞的80%以上，特別是近些年來，隨著起重機械朝著大型化與高速化的發展，

2、起重機械結構所承受的載荷越來越大，而且它們的工作環境也很惡劣，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。由于機械結構在加工制造過程中，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力集中應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，裂紋進一步的擴展，最終導致機械結構的疲勞破壞。由于起重機結構所承受載荷的頻次程度頻次程度、工作環境工作環境、以及保養狀保養狀況況的各不相同；而且截止到現在，國家尚未尚未出臺統一的起重機械報廢起重機械報廢標準標準。所以，尋找一種能夠相對實用、簡便、且科學的預估方法，來估算橋式起重機的

3、剩余壽命剩余壽命就顯得相當重要。疲勞剩余壽命評估步驟名義應力有限壽命設計法是一種使用較早的有限壽命設計方法，常稱為安全壽命設計，它是無限壽命設計法的直接發展。其設計思想也大體相似，都是從從材材料的料的S-N曲線出發，再考慮各種影曲線出發，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，并根據零件的根據零件的S-N曲線進行抗疲勞設曲線進行抗疲勞設計計。所不同的只是無限壽命設計方法使用的是S-N曲線的水平部分，即疲勞極限；而有限壽命設計使用的是斜線部分。1、名義應力法、名義應力法在程序加載下，若試樣的加載歷史由 ，共l個不同的應力水平構成，各應力水平下的疲勞壽命依次為 ，各應力

4、水平下的循環數依次為以 ，材料內部每個應力水平下的疲勞損傷為當總損傷D滿足下列條件時，就可以預計發生失效 2、Miner線性累積損傷理論線性累積損傷理論,iii fnDN11,1.0lliiiii fnDDN在起重機械的使用壽命期間，零件受到的載荷一般是是隨時間變化的隨機載荷。對于常幅載荷，無論是否采用平均補償加載，一個循環的振幅和零件所經歷的循環次數都是可以直接確定的。首先將應力測試采集的應力時間歷程，處理成便于提取循環數的數據，這個過程包括等值數壓縮、峰谷值檢測和無效幅值的去除。 等值數壓縮。將采樣應力時間歷程中，連續相等的數據只保留一個。 峰谷值檢測。將數據中的峰谷值提取出來，為下一步無

5、效幅值去除做準備。 去除無效幅值。將應力幅值很小的對疲勞影響不顯著的數據元素去除。1、數據預處理、數據預處理 將譜歷程曲線旋轉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，繼續流至端點。 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。 當雨流遇到來自上面屋頂流下的雨時就停止流動，并構成了一個循環。 根據雨滴流動的起點和終點，畫出各個循環，將所有循環逐一取出來，并記錄其峰谷值。 每一雨流的水平長度可以作為該循環的幅值。 如圖所示，得到計數循環塊，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個計數循環塊。圖 2 (a)表示原始數據點，圖 2 (b)是一次雨流計數過程，圖 2 (c)-(e)是二次雨流計數過程。一次雨流計數后形成圖 2 (c)所示的發散收斂波，在最大峰值處(數據點6)截斷，然后左段與右段對接，形成如圖 2 (d)所示，經二次雨流計數過程完成對接的波形繼續提取循環直到剩下三個點(圖 2 (e)，循環計數最終完成。2、雨流計數法、雨流計數法1、雨流計數法、雨流計數法雨流法計數示意圖應力時間歷程經循環計數處理之后得到的輸出數據文件是整個歷程中各次應力循環的均值和幅值，不僅數據量大，而且是隨機變量

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時應用。采用國內外廣泛應用的“波動中心”法，將應力譜簡化為一元隨機變量(即僅考慮應力循環的幅值而不考慮應力循環的均值)問題，并以波動中心作為應力循環的靜應力分量，幅值作為應力循環的動應力分量，將幅值疊加于波動中心之上。3、載荷譜、載荷譜數據統計數據統計結合現場的施工環境和施工時間，經與甲方協調最終確定以下點為熱點區域測試點。測試頻率：測試頻率：25cfHz測試時間：測試時間：2014年11月5日11月10日熱點區域的原始監測數據 級數級數應力幅應力幅

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危險點A1應力譜及損傷 危險點A2應力譜及損傷級數級數應力幅應力幅(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 危險點B1應力譜及損傷級數級數應力幅應力幅(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 危險點B2應力譜及損傷級數級數應力幅應力幅(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危險點的損傷估算疲勞壽命年= 0.00911=111 0.0091危險點的損傷估算疲勞壽命年=6.0622E-41=16506.0622E-4危險點的損傷估算疲勞壽命年=0.00311=3210.0031危險點的損傷估算疲勞壽命年危險點危險點A1：危險點危險點A2：危險點危險點B1：危險點危險點B2： 根據