起重機(jī)械疲勞斷裂可靠性分析的新進(jìn)展

趙晉

摘 要：疲勞斷裂可靠性傳統(tǒng)算法被注入了嶄新的數(shù)學(xué)理論，其主要目的在于對(duì)起重機(jī)械疲勞斷裂可靠性進(jìn)行更加具體的分析，旨在尋找出其中的新型方法以及新型模型。本篇文章主要就多種可靠性模型進(jìn)行研究，主要分析了起重機(jī)械疲勞斷裂產(chǎn)生的原因、起重機(jī)械疲勞斷裂可靠性起重機(jī)械疲勞斷裂可靠性的未來(lái)發(fā)展，探討了起重機(jī)械疲勞斷裂可靠性分析的新進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)械；疲勞斷裂可靠性；進(jìn)展

工作中的起重機(jī)械需要在交變應(yīng)力的作用下才能夠正常運(yùn)行，在其使用年限之內(nèi)，有多達(dá)數(shù)百萬(wàn)次的總應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，但是其長(zhǎng)度極限往往會(huì)大于疲勞極限，所以在應(yīng)用集中度較高的主梁經(jīng)常會(huì)因?yàn)槠诙鴵p壞。就目前的社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)來(lái)看，不管是起重機(jī)械的種類還是數(shù)量都是很大的，并且人們就機(jī)械起重制使用安全問題以及產(chǎn)品質(zhì)量都存在著很大的分歧，所以這些問題都直接導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中的起重機(jī)械會(huì)因?yàn)槠谑褂枚a(chǎn)生危險(xiǎn)。倘若將無(wú)損探傷檢測(cè)運(yùn)用于使用期限較長(zhǎng)的起重機(jī)械之中，盡管可以減少疲勞事故的發(fā)生，針對(duì)較高的檢測(cè)成本，經(jīng)濟(jì)壓力較大。

一、起重機(jī)械疲勞斷裂產(chǎn)生原因

金屬結(jié)構(gòu)疲勞指的就是在一些點(diǎn)位因?yàn)槌惺芰藬?shù)次的擾動(dòng)應(yīng)力之后收到顯著的擾動(dòng)作用而形成裂紋，或者是因?yàn)榫植坑谰媒Y(jié)構(gòu)變化發(fā)生在已經(jīng)完全斷裂的材料中而形成的狀態(tài)。研究疲勞斷裂主因以及發(fā)展過(guò)程，主要的目的在于提前預(yù)知金屬結(jié)構(gòu)的壽命，從而能夠更好地保障起重機(jī)械的安全性。要想發(fā)生疲勞斷裂的話，就必須承載相應(yīng)的擾動(dòng)應(yīng)力，在擾動(dòng)應(yīng)力集中之后，疲勞破壞就逐漸發(fā)生了。疲勞破壞的開始點(diǎn)在于應(yīng)力以及應(yīng)力較高的局部地區(qū)，之后疲勞破壞就逐漸的積累起來(lái)，直到破壞產(chǎn)生。那么這就說(shuō)明疲勞破壞的形成原因可以分為以下幾個(gè)方面，首先是形成了微小地平裂縫，其次是這些微小的疲勞裂縫逐漸的擴(kuò)張直到最終形成失效斷裂[1]。在金屬表面上，承受最大局部應(yīng)力以及最小截面積處的疲勞微裂縫最容易產(chǎn)生，或者是因?yàn)橐恍┎牧系牟煌约皟?nèi)部的凹陷而導(dǎo)致強(qiáng)度最小的地方也容易產(chǎn)生一些疲勞微裂縫。只要形成了微裂縫，那么這些裂縫就會(huì)在不斷循環(huán)的擾動(dòng)作用之下順著高剪切應(yīng)力平面以及垂直應(yīng)力的方向逐漸擴(kuò)展開來(lái)。由于局部應(yīng)力集中狀況以及裂縫尖端材料的不同，所以裂縫擴(kuò)展速率以及方向也會(huì)有所不同。一旦疲勞裂紋到達(dá)了臨界長(zhǎng)度之后，那么所剩下的金屬截面積將難以承受住所施加的負(fù)荷，因此，最終失效斷裂也就最終形成導(dǎo)致材料失效。在疲勞斷裂階段，擴(kuò)展中的裂紋速度較快，所以影響壽命的程度較小，甚至可以被忽略掉。總而言之，疲勞裂紋總壽命中既有裂紋形成壽命又有裂紋擴(kuò)展壽命。在疲勞斷裂的力學(xué)理論之中，疲勞裂紋擴(kuò)展關(guān)鍵區(qū)域在于最小裂紋長(zhǎng)度直至臨界裂紋長(zhǎng)度的那部分區(qū)域。

二、起重機(jī)械疲勞斷裂可靠性分析現(xiàn)狀

就目前的經(jīng)濟(jì)情況來(lái)看，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開起重機(jī)械設(shè)備的發(fā)展，尤其是近幾十年我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展突飛猛進(jìn)，使用起重機(jī)械的規(guī)模更加廣闊，因此制造、維修、安裝。保養(yǎng)起重機(jī)械的相關(guān)單位也變得更多了，不過(guò)因?yàn)樵诤芏嘞嚓P(guān)單位之中，從事此類工作的專業(yè)技術(shù)人員水平不足，或者是設(shè)備管理制度較為落后，以及地區(qū)差異性大，所以，起重機(jī)安全運(yùn)行隱患無(wú)疑還是很大的。就疲勞斷裂來(lái)看，它的損傷過(guò)程市逐漸積累起來(lái)，所以一般而言，在發(fā)生疲勞斷裂之前一般不會(huì)出現(xiàn)比較明顯的形變，但是在發(fā)生過(guò)程可能會(huì)突然出現(xiàn)[2]。所以，疲勞斷裂引起的突然想起重機(jī)械事故屢見不鮮。在我們國(guó)家，社會(huì)在快速發(fā)展，應(yīng)用型起重機(jī)械也逐漸普及，因此起重機(jī)械事故數(shù)量正在逐步增加，甚至已經(jīng)占據(jù)了總體工業(yè)事故的六分之一左右，例如在最近的一段時(shí)間發(fā)生在某煉鋼廠的鑄造起重機(jī)的主梁突然斷裂的事故之中，起重機(jī)的整體坍塌致使多人的傷亡，嚴(yán)重威脅了人民的生命安全，也給企業(yè)聲譽(yù)帶來(lái)了不利影響。所以，研究起重機(jī)械的疲勞斷裂可靠性無(wú)疑是十分必要的，可以有效降低起重機(jī)械疲勞斷裂事故發(fā)生的可能性，與此同時(shí)，還有利于起重機(jī)械設(shè)計(jì)的改進(jìn)。在我們國(guó)家，部分學(xué)者已經(jīng)開始研究在常幅循環(huán)應(yīng)力作用之下存在于正軌、半偏以及全偏三類起重機(jī)箱疲勞強(qiáng)度的差別，同時(shí)還根據(jù)相應(yīng)的研究成果研究出了對(duì)應(yīng)的疲勞斷裂曲線和有關(guān)于剩余疲勞壽命的總體計(jì)算公式[3]。同時(shí)還有一些學(xué)者在詳細(xì)的分析研究之后獲得了估算起重機(jī)械構(gòu)成零件的疲勞壽命的方式，再將這些跟焊接箱形主梁疲勞相結(jié)合，探討了在實(shí)際焊接操作中他們的的實(shí)用性并提出了一些尚待解決的問題。除此之外，部分研究人員還用過(guò)常幅疲勞試驗(yàn)來(lái)對(duì)焊接箱行梁中出現(xiàn)的疲勞強(qiáng)度曲線和相關(guān)方程進(jìn)行了總結(jié)，再次通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到在特定壽命之下相關(guān)的疲勞強(qiáng)度的基本分布規(guī)律，之后通過(guò)變幅實(shí)驗(yàn)總結(jié)了疲勞強(qiáng)度曲線和變幅、常幅試驗(yàn)之間的關(guān)系，最后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)對(duì)疲勞斷裂機(jī)理進(jìn)行總結(jié)。還有一部分的學(xué)者結(jié)合了裂力學(xué)基本理論來(lái)推導(dǎo)承受了對(duì)等幅載荷的起重機(jī)械在疲勞斷裂擴(kuò)張時(shí)期的壽命值并得到了計(jì)算公式，而在實(shí)際的操作過(guò)程之中，按照起重機(jī)械荷載的分布特點(diǎn)并結(jié)合時(shí)間循環(huán)法來(lái)計(jì)算以及模擬出疲勞使用壽命值。甚至還有一部分的學(xué)者研究了工程機(jī)械的金屬結(jié)構(gòu)并分析了在疲勞載荷之下的有關(guān)問題，同步建立起有關(guān)于相近于疲勞壽命計(jì)算的方法，在此過(guò)程之中把焊接結(jié)構(gòu)看作是一個(gè)系統(tǒng)來(lái)對(duì)疲勞失效模式進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)計(jì)算出系統(tǒng)綜合失效的概率。在分析疲勞斷裂可靠性的時(shí)候，顯式極限狀態(tài)下的方程失效概率已經(jīng)很難解決工程的實(shí)際問題了，所以基于此類情況，相關(guān)研究者研究出了響應(yīng)面法，這類方使盡管跟隱式極限狀態(tài)方程相似，不過(guò)其函數(shù)形式還是會(huì)對(duì)其普遍適用性產(chǎn)生影響[4]。所以，研究者就開始使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)來(lái)解決此類問題。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)面法既有思路簡(jiǎn)單以及易于編程的特點(diǎn)，而且也有利于大大提高計(jì)算精度。

三、科學(xué)改善疲勞強(qiáng)度的方式

當(dāng)起重機(jī)械安裝完畢了以后，起重機(jī)械所在的的工作環(huán)境仍然是難以得到本質(zhì)的改善，工作環(huán)節(jié)的影響還是會(huì)對(duì)起重機(jī)的疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響，因此，在改善疲勞強(qiáng)度的時(shí)候，之時(shí)可以通過(guò)改變金屬機(jī)構(gòu)以及零部件設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，在控制了結(jié)構(gòu)材料和機(jī)械零部件的表面應(yīng)力集中之后，起重機(jī)疲勞裂紋現(xiàn)象才可以得到較為妥善的處理，在處理了起重機(jī)疲勞裂紋現(xiàn)象的同時(shí)還能夠防止起重機(jī)疲勞裂紋發(fā)生持續(xù)擴(kuò)展。通過(guò)改善其中機(jī)械的疲勞強(qiáng)度，相應(yīng)的其中機(jī)械使用效率也會(huì)不斷提高，而在具體的工作過(guò)程中，既可以保障工作人員的人身安全，又能夠維持工廠的長(zhǎng)期效益。因此，科學(xué)改善疲勞輕度的方式方法必須被立刻運(yùn)用到起重機(jī)械的運(yùn)營(yíng)管理之中。

四、結(jié)語(yǔ)

本篇文章首先探討了疲勞斷裂發(fā)生的原因，之后再詳細(xì)闡述了疲勞斷裂可靠性的分析現(xiàn)狀，最后提出了有關(guān)于科學(xué)改善疲勞強(qiáng)度的方式。通過(guò)對(duì)于其中機(jī)械疲勞強(qiáng)度的具體分析，起重機(jī)械發(fā)生疲勞斷裂問題也有了相應(yīng)的解決方式，從而通過(guò)有效的解決方法來(lái)防止發(fā)生重大的安全事故，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，也能促進(jìn)工廠的未來(lái)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]門智峰，高文海，李明芳，曹樹貴，劉東輝.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的橋式起重機(jī)剩余壽命評(píng)估系統(tǒng)[J].礦山機(jī)械，2013，06：45-48+51.

[2]范小寧，徐格寧，王愛紅.基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獲取起重機(jī)當(dāng)量載荷譜的疲勞剩余壽命估算方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2012，20：69-74.

[3]張強(qiáng)，王海艦，胡南.起升載荷下門式起重機(jī)主梁損傷與疲勞壽命預(yù)測(cè)研究[J].工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)，2015，05：461-468.

[4]熊剛，吳曉，羅友紅，溫明亮.含缺陷起重機(jī)箱形梁結(jié)構(gòu)斷裂分析與有限元仿真[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2016，04：207-210+215.