探究起重機械疲勞斷裂可靠性分析的新進展

朱敏（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院揚州分院，江蘇揚州 225003）

探究起重機械疲勞斷裂可靠性分析的新進展

朱敏
（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院揚州分院，江蘇揚州 225003）

隨著建設(shè)工程的快速發(fā)展，起重機械獲得的關(guān)注度較高，在整體上的研究有了很大的進步。與一般機械有很大的不同，起重機械的負(fù)荷比較龐大，在工地當(dāng)中的任務(wù)量較大，一旦出現(xiàn)了較大的損壞，將直接導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，屆時所產(chǎn)生的惡劣影響突出。針對起重機械疲勞斷裂可靠性進行分析，能夠了解到起重機械的運行難點、重點等，掌握好具體的使用限制，選擇匹配的方法來維護，提高效率與質(zhì)量。從目前所掌握的情況來看，起重機械疲勞斷裂可靠性分析，獲得了業(yè)界和社會的高度關(guān)注，并且影響了機械設(shè)備的研究方向。文章針對起重機械疲勞斷裂可靠性分析的新進展進行討論，并提出合理化建議。

起重機械 疲勞 可靠性 斷裂 進展

1 起重機械疲勞斷裂

在起重機械的相關(guān)組成部件當(dāng)中，疲勞斷裂是最常見的破壞形式。在多數(shù)情況下，起重機械的基礎(chǔ)部件或者是存在裂縫的部件，經(jīng)過長久的運行后，倘若低于其強度的極限，或者是達到了斷裂臨界應(yīng)力的靜應(yīng)力作用時，基本上不會產(chǎn)生斷裂的現(xiàn)象。但是，這種情況如果是長久的保持，那么每一個部件所遭受到的破壞都會不斷的加重，最終造成原來的裂縫，或者是原來完整的部件持續(xù)發(fā)生損壞，從而產(chǎn)生“疲勞斷裂”的現(xiàn)象。在目前的研究當(dāng)中，認(rèn)為疲勞斷裂是經(jīng)過三個階段來完成的，分別為裂紋產(chǎn)生——裂紋擴展——疲勞斷裂。在整個過程中，疲勞斷裂并非沒有任何的表現(xiàn)，而是會表現(xiàn)出一些細(xì)微的問題，但常常被主觀忽視。另外，疲勞斷裂產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜。例如，有研究認(rèn)為，該現(xiàn)象的出現(xiàn)，與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、應(yīng)力的大小等等，存在非常密切的關(guān)系。倘若應(yīng)力表現(xiàn)為較小的情況，但是循環(huán)次數(shù)較多，那么起重器械的部件使用時間就會不斷的增加，最終造成疲勞斷裂的故障。

2 起重機械疲勞斷裂可靠性的分析

機械設(shè)備的研究，需要很長的時間來完成，不僅要在現(xiàn)實工作中搜集較多的數(shù)據(jù)和信息，同時還要開展大量的試驗研究。對于疲勞斷裂而言，現(xiàn)階段已經(jīng)明確了相關(guān)概念及理論。疲勞斷裂表現(xiàn)為“損傷積累”的過程。在多數(shù)情況下，疲勞斷裂之前，并不會出現(xiàn)特別明顯的變形情況，起重機械仍然可以正常的使用，因此該項故障的發(fā)生，經(jīng)常表現(xiàn)為突然的特點。

隨著研究的不斷加深和疲勞斷裂事故的增加，疲勞斷裂已經(jīng)在全部的工業(yè)事故當(dāng)中，占有相當(dāng)大的比例。據(jù)不完全統(tǒng)計，疲勞斷裂占有工業(yè)事故的15%左右，已經(jīng)引起了社會上的高度關(guān)注。值得注意的是，疲勞斷裂不僅僅會造成起重機械的損壞，其對周邊的破壞也非常的嚴(yán)重。例如，某煉鋼廠的125t級別鑄造起重機應(yīng)用過程中，主梁發(fā)生嚴(yán)重斷裂，導(dǎo)致起重機整體發(fā)生嚴(yán)重的坍塌，對周邊工作人員造成嚴(yán)重傷亡，對社會構(gòu)成了很大的輿論壓力，對企業(yè)造成的損失也無法估計。由此可見，其中機械的疲勞斷裂可靠性分析，還是應(yīng)該進一步的分析和研究。

我國在該方面的研究當(dāng)中，部分學(xué)者開始對正軌、半偏、全偏3種其中機箱行梁在常幅循環(huán)應(yīng)力作用下的疲勞強度進行深入的研究，獲得了較多的工作成果。例如，我國已經(jīng)掌握了相關(guān)的疲勞斷裂曲線內(nèi)容、剩余疲勞壽命的計算公式等等。除此之外，學(xué)術(shù)界對疲勞斷裂可靠性的分析，不斷的與客觀實踐進行融合。例如，普通起重機械部件的疲勞壽命計算方法，已經(jīng)能夠充分結(jié)合焊接箱型主梁疲勞，從而進行深入的探討，由此來更好的指導(dǎo)焊接工作、主梁制造工作等等，將疲勞斷裂的可能性降低。

3 起重機械疲勞斷裂可靠性分析的新進展

3.1 理論的新進展

當(dāng)前的起重機械研究，對于疲勞斷裂可靠性的關(guān)注度特別高。當(dāng)前的理論層面獲得了較大的進步。例如，學(xué)術(shù)界的研究人員，將影響疲勞斷裂的不確定因素作為隨機變量來分析，通過隨機有限元的理論、可靠性設(shè)計的理論，配合概率和數(shù)理統(tǒng)計的方法，針對疲勞斷裂可靠性進行全面的分析。由此，提出了一種基于隨機有限元法的疲勞斷裂可靠性分析的新方法。該方法能夠與客觀實際較好的融合，尤其是對不確定因素的把控比較健全，可以考慮到現(xiàn)實工作的較多內(nèi)容，對實際操作的指導(dǎo)意義較大。

3.2 分析方法的新進展

對于起重機械而言，械疲勞斷裂可靠性的研究還有很大的空間，除了在理論層面獲得了新的進步外，相關(guān)的分析方法也有較大的改變。當(dāng)前，起重機械對工程的重要性非常突出，暫時找不出其他的替代產(chǎn)品。因此，針對械疲勞斷裂可靠性的分析方法進行優(yōu)化，一方面可健全疲勞斷裂的避免措施，另一方面對新機械的加工、設(shè)計也有很大的幫助。目前，對于起重機械疲勞斷裂可靠性分析中的隱式極限狀態(tài)方程，提出了一種基于樣本篩選的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)疲勞可靠性分析方法。該方法利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有強大的非線性映射能力，來近似隱式極限狀態(tài)方程中的輸入變量與輸出變量的關(guān)系，將隱式疲勞斷裂可靠性分析轉(zhuǎn)化為顯式問題，大大減少了計算失效概率的工作量。通過篩選訓(xùn)練樣本，提高了可靠性分析的精度。此外，在應(yīng)變疲勞斷裂可靠性分析方面，提出了新的廣義極大似然疲勞試驗法，提出了隨機應(yīng)變載荷——強度干涉恒幅疲勞可靠性模型，與Keciguliu的遞推法結(jié)合可進行變幅和應(yīng)變載荷譜下的疲勞可靠性分析，形成了應(yīng)變疲勞斷裂可靠性理論和方法的新體系。

4 結(jié)語

本文對起重機械械疲勞斷裂可靠性分析的新進展展開討論。當(dāng)前，學(xué)術(shù)界對過往的內(nèi)容和當(dāng)前的研究進行綜合，獲得了很多的準(zhǔn)確結(jié)論，告別了以往的各種“猜想”，實現(xiàn)了研究方向的較強把控，能夠及時的將最新成果進行應(yīng)用，推動了起重機械向前發(fā)展。

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