- · 《分析测试技术与仪器》[10/06]
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基于应力测试的港口门座起重机 金属机构剩余寿(2)
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摘要：图3 疲劳寿命估算技术路线示意图 3.2 统计分析与数据处理数据统计分析处理的基本假设是认为测点的应力随机过程为各态历经的平稳过程，即认为数据按
图3 疲劳寿命估算技术路线示意图
3.2 统计分析与数据处理数据统计分析处理的基本假设是认为测点的应力随机过程为各态历经的平稳过程，即认为数据按照时间平均统计结果与按子样平均统计结果相符。在此前提下，进行数据的统计分析处理。
数据统计只需应力时间历程的波峰和波谷的数值，故数据预处理程序首先检查存在计算机内的应力数据文件中的每一个数字，看其是否处于应力波的峰谷位置。删除所有非峰谷点数字得到应力的所有峰谷值，与此同时求出应力的最大幅值。
雨流计数法是疲劳研究和应用中广泛采用的统计计数方法。应用雨流计数法对测点的应力时间历程进行统计计数时，首先要对应力波进行对接改造，再将对接改造后的应力波进行统计处理，得到测点应力值统计表。
实测的工作应力时间历程因客观条件的影响往往遗漏偶然出现的严重过载而引起的应力变化，而这些次数虽少，但数值极大的应力波幅值对结构所造成的疲劳损伤不可忽视，因此应根据实测的各测点应力波幅值的密度函数的拟合曲线对之进行相应的扩展。
3.3 疲劳寿命S － N 曲线
3.3 疲劳寿命S － N 曲线S － N 曲线是进行疲劳寿命计算的重要参数，是指为了确定材料或构件的疲劳性能，记录下试件在给定的循环应力作用下反复试验直至破坏时的应力循环次数N，进而得到的一条应力与寿命的关系曲线。该曲线反映了疲劳寿命与施加应力水平之间的关系，如图4 所示。
图4 疲劳寿命S － N 曲线
3.4 疲劳寿命估算理论采用线性累积损伤理论及修正Miner 法则，进行金属结构的疲劳寿命估算，其表达式为
式中：D 为载荷作用下总的损伤度；l 为不同的应力水平；n0i 为每次运行中某种循环的次数；Ni 为该循环的应力值；a 为常数（0.7 ～ 1.0），文中a 取值0.7。
4 结论门座起重机结构疲劳寿命估算是建立在数理统计基础上的科学方法，疲劳累积损伤理Miner 法具有一定的置信水平前提，疲劳寿命估算所使用的统计资料：一是根据2018 年6 月某日对模拟装卸40 t 抓斗作业所记录的各测点应力时间历程信号；二是根据用户提供的被检设备使用记录：该设备2005 年6 月至2018 年5 月累计装卸货约1 300 万t，按投产至今正常使用13 a 计算，该设备自2005 年投产至今平均每年装卸货100 万t。
疲劳寿命估算结论是建立在如下假设：该门座起重机的作业情况与2018 年6 月某日模拟装卸40 t 抓斗情况基本一致，实际使用中的工作状态发生变化，会影响到寿命估算的准确性，特别是出现意外情况。所以疲劳寿命估算仅作为参考。
综上所述，本次疲劳寿命估算的结论是：1）门座起重机的主要结构构件在正常装卸工况下，至少可安全装卸4.21×105 次，本次估算的门座起重机安全寿命以最危险疲劳点的安全寿命为基础。如今后按平均每年装卸39 216 次（即100 万t）计算，最危险疲劳点还可以安全工作10 a（90??率）。
2）针对门座起重机主臂架、象鼻梁、大拉杆、小拉杆、配重钢结构、人字架、回转大齿圈、门架房、端梁与门腿、圆筒体、卷筒支座、制动器支座、台车等13 个主要结构件的共计304 处重要位置进行抽查检测。经过磁粉无损探伤检测，共发现4 处裂纹，即圆筒体对接焊缝处发现裂纹长度15 mm、臂架根部处发现裂纹长度6 mm、臂架上部处发现裂纹长度20 mm、象鼻梁处发现裂纹长度10 mm。
根据疲劳裂纹扩展理论，裂纹对结构寿命有很大影响，综合考虑疲劳损伤和裂纹扩展，必须要采取必要的加固措施，把已经产生的裂纹打磨去除后补焊，保证金属结构的安全使用。自此次检测算起该起重机使用一段时候后，应对各测点及整机运行情况进行跟踪监控，是否有异常现象发生，若出现异常情况，应采取维护措施及时进行修复，在达到预估的剩余安全使用期限时，应对门座起重机的技术状况进行复检，以保证设备的安全运行。
参考文献[1] GB/T 3811-2008 起重机设计规范[S].[2] GB/T -2009 港口门座起重机[S].[3] 黄铁利. 基于应力分析的门座起重机寿命评估方法研究[D]. 广州：华南理工大学，2011.
文章来源：《分析测试技术与仪器》 网址: http://www.fxcsjsyyq.cn/zonghexinwen/2021/0303/495.html
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