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港口起重机械金属结构寿命评估 　　摘要:起重机金属结构的寿命评估对于港口起重机管理工作具有重要意义,通过现场应力测试采集得到的数据导入自主研发的《起重机金属结构寿命评估系统》,利用Miner线性累积损伤理论可对起重机构件的疲劳裂纹萌生寿命进行评估计算,运用断裂力学和损伤容限设计理论则可得到裂纹的扩展寿命,并以此为根据制定出裂纹巡检方案。 　　Abstract: The life evaluation of crane metal structure is important to port crane management. Originality stress date is acquired from the locale stress measuring of crane metal structure. Through Crane Metal Structure Life Evaluation System developed by ourselves, We can calculate crack initiation life using Miner liner accumulated damage theory, and calculate the crack growth life by Fatigue Fracture mechanics and Damage Tolerance Design from which crack routing inspection scheme is made. 　　关键词:起重机;金属结构;应力测试;寿命评估 　　Key words: crane;metel structure;stress measuring;life evaluation 　　中图分类号:TH21 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)18-0218-01 　　 　　对于港口起重机的金属构件来说,若构件在某恒幅应力水平S的作用下,循环至破坏的寿命为N,定义在其经受n次循环时的损伤为D=n/N,那么,构件在应力水平Si的作用下,经受ni次循环的损伤为Di=ni/Ni。若在k个应力水平Si作用下,各经受ni次循环,则定义其总损伤为D=Di∑ni/Ni(i=1,2,…,k) 　　破坏准则为D=∑ni/Ni=1。 　　这就是著名的Miner线性累积损伤理论。其中ni是在Si作用下的循环次数,由载荷谱给出;Ni是在Si作用下循环到破坏的疲劳寿命,由S-N曲线确定。若采样时间t范围内造成的各应力循环的总损伤为d,结构已使用时间为t,则结构的剩余疲劳裂纹萌生寿命T为:T=t/d-t。 　　金属结构由于长期遭受疲劳应力,产生疲劳裂纹,我们把通过无损检测手段可以检测得到的最小裂纹称为初始裂纹。从初始裂纹长度a0扩展到临界裂纹长度ac,所经历的载荷循环次数Nc称为疲劳裂纹扩展寿命,必须首先确定在给定载荷作用下,构件发生断裂时的临界裂纹尺寸ac。依据线弹性断裂判据有: 　　Kmax=fmax≤Kc或ac= 　　另一方面,疲劳裂纹扩展公式可一般地写为: 　　=(△K,R)=x(f,△,a,R,…) 　　从初始裂纹a0到临界裂纹长度ac积分,有: 　　=dN 　　可以得到=(f,△,R,a0,ac)=Nc。 　　因为几何修正系数f通常是裂纹尺寸的函数,上述方程往往需要利用数值积分求解,对于含裂纹无限大板,f=常数,在恒幅载荷作用下,由Paris公式有: 　　=dN 　　得到: 　　Nc=-ln 　　根据无损检测手段取合适的初始裂纹长度a0,计算出临界裂纹长度ac,代入上式即可得到裂纹扩展寿命Nc。 　　在实际应用中,我们用金属电阻应变片测出起重机模拟作业状态下结构的应力―时间历程,利用上述公式即可对起重机金属结构进行寿命计算。 　　以港口门座起重机为例,为了选择应力测点位置,对起重机进行有限元建模分析,得到起重机应力分布,并根据有限元应力分析结果,合理选定静态应力测点在构件的危险应力区,即: 　　a.均匀高应力区;b.应力集中区;c.弹性屈曲区。 　　选定测点之后,经过打磨、贴片、接线等工艺进行现场静态应力测试,并得到静态应力测试结果。 　　根据前面静态测试的结果选取动态应力测点,起重机现场模拟正常作业工况,由动态应变仪采集测点的应力―时间历程,并将采集得到的数据导入《起重机金属结构寿命评估系统》,并经过数据处理虑除无效数据,得到待分析应力数据。 　　将得到的数据进一步通过系统进行雨流计数、Goodman等寿命换算得到应力比R=-1的对称应力幅,通过人机交互截面将日常作业情况输入,就可得到相应点的裂纹萌生寿命、以及扩展寿命。根据现场无损检测得到的裂纹大小,系