專利名稱：一種起重機主金屬結構剩余疲勞壽命的估算方法
技術領域：
本發明涉及一種起重機主金屬結構剩余疲勞壽命的估算方法，它適用于船廠、港口等工作級別較高的大型起重機實測載荷譜的編制、材料疲勞裂紋擴展曲線的測定、危險位置的無損檢測和主金屬結構疲勞剩余壽命估算，該方法也適用于其他類型起重機的剩余疲勞壽命估算。
背景技術：
港口、船廠的大型起重機主要是門座式起重機、造船門式起重機、岸邊橋式起重機等，它們是港口裝卸作業的主要起重設備，具有短暫、重復、周期性循環、起制動頻繁、沖擊載荷大等工作特點，因此在其設計使用期限內，受力構件常因疲勞而出現各種形式的裂紋， 若繼續使用隨著載荷的作用裂紋會逐步擴展，最終會突然地失效，在征兆很不明顯的情況下突然斷裂，從而對人民群眾的生命財產和工業安全生產造成嚴重威脅，而且此類設備造價昂貴，少則百萬、多則上億元人民幣。例如2001年7月17日，上海滬東中華造船公司，龍門吊在吊倒塌事故，導致36人死亡，3人重傷，其中包括同濟大學的5位教授和2位博士后， 其中直接經濟損失8000多萬元。2008年5月，上海滬東中華造船公司，兩臺龍門吊倒塌，3 人死亡，2人重傷，直接經濟損失4766萬元。據調查，這些裂紋的產生大多都是由疲勞引起的，疲勞破壞作為起重機械金屬結構的主要破壞形式決定了起重機的使用壽命，因此對此類起重機金屬結構進行剩余疲勞壽命估算意義重大。目前，采用的剩余疲勞壽命估算方法是在不考慮結構中可能已經存在裂紋、或不知道實際裂紋的位置及大小等因素下提出的，由于該方法不對危險位置進行無損檢測，不了解實際可能存在的裂紋，得到的壽命結果可能和實際壽命有很大的出入。由上可知，目前的疲勞壽命估算是在假設起重機初始狀態完美無缺的情況下，通過壽命衰減速率曲線的估算出起重機主梁的疲勞剩余壽命。疲勞裂紋的擴展壽命預測，主要是基于線彈性斷裂力學的Paris疲勞裂紋擴展速率定律— = C(^K)m dN \ ,其中，a是裂紋尺寸；N是疲勞載荷循環次數；ΔΚ為裂紋的應力強度因子變化范圍，它和裂紋幾何和載荷相關；c和m為材料常數。Paris的疲勞裂紋擴展速率方程主要表征了裂紋穩定擴展階段，但沒有考慮門檻值、斷裂韌性以及平均應力對疲勞裂紋擴展速率的影響。另外，這一方程也主要針對等幅疲勞載荷。為了預測實際工程裂紋的疲勞擴展壽命，考慮復雜的變幅載荷工況可能導致的裂紋閉合效應，考慮門檻值、斷裂韌性以及平均應力對疲勞裂紋擴展速率的影響，Forman, Walker, Austen以及美國NASA等對Paris定律進行了修正，這些方程如下
Forman Walker
權利要求
1.一種起重機主金屬結構剩余疲勞壽命的估算方法，其特征在于包括以下步驟采集起重機主金屬結構的實際載荷譜數據，根據所述實際載荷譜數據，編制獲取所述起重機主金屬結構的實測典型載荷譜；對所述起重機主金屬結構的材料進行疲勞試驗，獲取所述材料的疲勞裂紋擴展速率曲線.一入 ，檢測所述起重機主金屬結構上各實際裂紋的裂紋位置、尺寸，并對各種裂紋進行幾何簡化分類；通過查閱應力強度因子手冊、或者應力強度因子實驗、或者有限元分析計算，獲取所述各類裂紋的應力強度因子；對實測典型載荷譜、疲勞裂紋擴展速率曲線、裂紋位置和尺寸、各類裂紋的應力強度因子進行裂紋擴展分析，確定起重機主金屬結構剩余疲勞壽命的估算值。
2.根據權利要求1所述的起重機主金屬結構剩余疲勞壽命的估算方法，其特征在于 采集起重機主金屬結構的實際載荷譜數據，根據所述實際載荷譜數據，編制獲取所述起重機主金屬結構的實測典型載荷譜；具體是采集、分析起重機主金屬結構的典型運行工況數據和設備使用情況數據，獲取實際載荷譜數據，根據所述實際載荷譜數據，編制獲取所述起重機主金屬結構的實測典型載荷譜。
3.根據權利要求1所述的起重機主金屬結構剩余疲勞壽命的估算方法，其特征在于 檢測所述起重機主金屬結構上實際裂紋的裂紋位置、尺寸，并對各種裂紋進行幾何簡化分類，具體是先對起重機主金屬結構的危險截面進行超聲波探傷，獲得裂紋的具體位置；再用射線探傷對裂紋位置進行詳細檢測，獲得裂紋的形狀、大小、深度尺寸參數；根據裂紋尺寸參數， 對各種裂紋進行幾何簡化分類。
4.根據權利要求1所述的起重機主金屬結構剩余疲勞壽命的估算方法，其特征在于 對實測典型載荷譜、疲勞裂紋擴展速率曲線、裂紋位置和尺寸、各類裂紋的應力強度因子進行裂紋擴展分析，確定起重機主金屬結構剩余疲勞壽命的估算值；具體是將實測典型載荷譜數據、疲勞裂紋擴展速率曲線數據、裂紋位置和尺寸數據、各類裂紋的應力強度因子代入公式Ν(α) = Γ ~\、、mda jO C{AK{a))"確定所述起重機主金屬結構剩余疲勞壽命的估算值，其中AK(a)為應力強度因子隨裂紋尺寸變化的函數，所述AK(a)與裂紋幾何載荷相關，其中和a分別是初始裂紋尺寸和計算終止時的裂紋尺寸，即得到的N(a)值即是裂紋從尺寸擴展至a所需的載荷循環次數。
全文摘要
本發明涉及一種起重機主金屬結構剩余疲勞壽命的估算方法，它適用于船廠、港口等工作級別較高的大型起重機實測載荷譜的編制、材料疲勞裂紋擴展曲線的測定、危險位置的無損檢測和主金屬結構疲勞剩余壽命估算，該方法也適用于其他類型起重機的剩余疲勞壽命估算。其包括(1)載荷譜的獲取；(2)材料性能的測定；(3)初始裂紋位置及尺寸的檢測；(4)裂紋應力強度因子的獲取；(5)剩余疲勞壽命的估算。本發明是在考慮結構中可能已經存在裂紋、檢測實際裂紋的位置及大小等因素下提出的，該方法對危險位置進行了無損檢測，因此，本發明能夠準確估算出起重機金屬結構的剩余疲勞壽命。
文檔編號G01M99/00GK102221473SQ20101015226
公開日2011年10月19日 申請日期2010年4月14日 優先權日2010年4月14日
發明者劉柏清, 林曉斌, 柯研, 江愛華, 王偉雄, 王新華, 謝超 申請人:廣州市特種機電設備檢測研究院