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起重机由于能快速方便地对货物进行搬运、转移,在国民经济建设中发挥了越来越大的作用,但在工作过程中其结构要承受反复交变载荷作用,很容易产生疲劳破坏,据统计金属结构的破坏有50%~90%属于疲劳破坏,因此需要对其结构进行疲劳寿命估算,并根据起重机的服役状况进行相应的安全检测,从而保证其能安全有效地运行。
本文通过对各种不同起重机实际工作情况下结构的受力特征进行计算分析,并参考相关的检测规范以及同类型起重机结构发生破坏的历史记录情况,选取起重机结构的应力测试点;然后在起重机正常工作情况下测试这些点在不同工况下的应力值,并选取应力相应比较大的点作为疲劳寿命估算点,测量其应力—时间历程;采用雨流计数法对动态采样得到的应力—时间历程进行循环计数统计,编制出结构的测试疲劳载荷谱。由于结构的现场动态采样时间远比其整个疲劳寿命短,本文应用疲劳载荷谱理论将测试疲劳载荷谱外推,得出结构整个服役期间的全寿命疲劳载荷谱;在依据起重机设计规范推导起重机结构构件的S—N曲线时,本文考虑到小于疲劳极限的应力幅值在结构的疲劳载荷谱中占了很大部分,对结构的累积损伤同样具有很大的影响,因此本文将结构构件的S—N曲线分成两个阶段来表达;最后结合Miner累积损伤法则,计算结构的疲劳损伤值,并根据起重机的实际工作情况,估算出其剩余疲劳寿命。同时按照上述原理,编制了一套起重机结果疲劳寿命估算程序,为起重机使用和检测部门提供了一种准确、实用的估算起重机疲劳寿命的新手段,为相关部门对起重机的安全检测和合理应用提供了一个很好的参考依据。
目前国内起重机都是通过定期对其重要部位进行检测后,来判断结构的安全状况,这种检测方式具有很大的盲目性。本文将基于疲劳可靠性的安全检测方式应用到起重机结构的安全检测中,并根据实际工作状况下测量的应力—时间历程进行统计分析,确定出结构的疲劳可靠度指标曲线,与保证起重机可以安全运行的结构最低目标可靠度指标进行比较,来判断结构的安全状况以及下次需要再次进行检测的时间间隔。这种基于疲劳可靠性的起重机结构安全检测方式在起重机刚投入使用初期,要求的检测次数较少,这样就节约了检测成本;但到了起重机结构服役的后期,由于累积疲劳损伤的影响,结构的疲劳可靠度指标曲线下降明显,这样根据基于疲劳可靠性的方式进行检测可以保证在检测期间起重机结构的安全度水平始终可以满足安全需要。
考虑到Matlab在数值计算、图形数据转换等方面的优点,本文所有的工作都以它为计算平台,同时相关部门可以根据具体的起重机形式,不同的工作环境状况对上述应用程序进行改进,以满足特殊的需要。