起重机械疲劳断裂可靠性分析的新进展

赵晋

摘 要：疲劳断裂可靠性传统算法被注入了崭新的数学理论，其主要目的在于对起重机械疲劳断裂可靠性进行更加具体的分析，旨在寻找出其中的新型方法以及新型模型。本篇文章主要就多种可靠性模型进行研究，主要分析了起重机械疲劳断裂产生的原因、起重机械疲劳断裂可靠性起重机械疲劳断裂可靠性的未来发展，探讨了起重机械疲劳断裂可靠性分析的新进展。

关键词：起重机械；疲劳断裂可靠性；进展

工作中的起重机械需要在交变应力的作用下才能够正常运行，在其使用年限之内，有多达数百万次的总应力循环次数，但是其长度极限往往会大于疲劳极限，所以在应用集中度较高的主梁经常会因为疲劳而损坏。就目前的社会生产活动来看，不管是起重机械的种类还是数量都是很大的，并且人们就机械起重制使用安全问题以及产品质量都存在着很大的分歧，所以这些问题都直接导致在实际应用中的起重机械会因为疲劳使用而产生危险。倘若将无损探伤检测运用于使用期限较长的起重机械之中，尽管可以减少疲劳事故的发生，针对较高的检测成本，经济压力较大。

一、起重机械疲劳断裂产生原因

金属结构疲劳指的就是在一些点位因为承受了数次的扰动应力之后收到显著的扰动作用而形成裂纹，或者是因为局部永久结构变化发生在已经完全断裂的材料中而形成的状态。研究疲劳断裂主因以及发展过程，主要的目的在于提前预知金属结构的寿命，从而能够更好地保障起重机械的安全性。要想发生疲劳断裂的话，就必须承载相应的扰动应力，在扰动应力集中之后，疲劳破坏就逐渐发生了。疲劳破坏的开始点在于应力以及应力较高的局部地区，之后疲劳破坏就逐渐的积累起来，直到破坏产生。那么这就说明疲劳破坏的形成原因可以分为以下几个方面，首先是形成了微小地平裂缝，其次是这些微小的疲劳裂缝逐渐的扩张直到最终形成失效断裂[1]。在金属表面上，承受最大局部应力以及最小截面积处的疲劳微裂缝最容易产生，或者是因为一些材料的不同以及内部的凹陷而导致强度最小的地方也容易产生一些疲劳微裂缝。只要形成了微裂缝，那么这些裂缝就会在不断循环的扰动作用之下顺着高剪切应力平面以及垂直应力的方向逐渐扩展开来。由于局部应力集中状况以及裂缝尖端材料的不同，所以裂缝扩展速率以及方向也会有所不同。一旦疲劳裂纹到达了临界长度之后，那么所剩下的金属截面积将难以承受住所施加的负荷，因此，最终失效断裂也就最终形成导致材料失效。在疲劳断裂阶段，扩展中的裂纹速度较快，所以影响寿命的程度较小，甚至可以被忽略掉。总而言之，疲劳裂纹总寿命中既有裂纹形成寿命又有裂纹扩展寿命。在疲劳断裂的力学理论之中，疲劳裂纹扩展关键区域在于最小裂紋长度直至临界裂纹长度的那部分区域。

二、起重机械疲劳断裂可靠性分析现状

就目前的经济情况来看，社会经济发展离不开起重机械设备的发展，尤其是近几十年我国经济发展突飞猛进，使用起重机械的规模更加广阔，因此制造、维修、安装。保养起重机械的相关单位也变得更多了，不过因为在很多相关单位之中，从事此类工作的专业技术人员水平不足，或者是设备管理制度较为落后，以及地区差异性大，所以，起重机安全运行隐患无疑还是很大的。就疲劳断裂来看，它的损伤过程市逐渐积累起来，所以一般而言，在发生疲劳断裂之前一般不会出现比较明显的形变，但是在发生过程可能会突然出现[2]。所以，疲劳断裂引起的突然想起重机械事故屡见不鲜。在我们国家，社会在快速发展，应用型起重机械也逐渐普及，因此起重机械事故数量正在逐步增加，甚至已经占据了总体工业事故的六分之一左右，例如在最近的一段时间发生在某炼钢厂的铸造起重机的主梁突然断裂的事故之中，起重机的整体坍塌致使多人的伤亡，严重威胁了人民的生命安全，也给企业声誉带来了不利影响。所以，研究起重机械的疲劳断裂可靠性无疑是十分必要的，可以有效降低起重机械疲劳断裂事故发生的可能性，与此同时，还有利于起重机械设计的改进。在我们国家，部分学者已经开始研究在常幅循环应力作用之下存在于正轨、半偏以及全偏三类起重机箱疲劳强度的差别，同时还根据相应的研究成果研究出了对应的疲劳断裂曲线和有关于剩余疲劳寿命的总体计算公式[3]。同时还有一些学者在详细的分析研究之后获得了估算起重机械构成零件的疲劳寿命的方式，再将这些跟焊接箱形主梁疲劳相结合，探讨了在实际焊接操作中他们的的实用性并提出了一些尚待解决的问题。除此之外，部分研究人员还用过常幅疲劳试验来对焊接箱行梁中出现的疲劳强度曲线和相关方程进行了总结，再次通过实验得到在特定寿命之下相关的疲劳强度的基本分布规律，之后通过变幅实验总结了疲劳强度曲线和变幅、常幅试验之间的关系，最后根据试验结果来对疲劳断裂机理进行总结。还有一部分的学者结合了裂力学基本理论来推导承受了对等幅载荷的起重机械在疲劳断裂扩张时期的寿命值并得到了计算公式，而在实际的操作过程之中，按照起重机械荷载的分布特点并结合时间循环法来计算以及模拟出疲劳使用寿命值。甚至还有一部分的学者研究了工程机械的金属结构并分析了在疲劳载荷之下的有关问题，同步建立起有关于相近于疲劳寿命计算的方法，在此过程之中把焊接结构看作是一个系统来对疲劳失效模式进行识别，同时计算出系统综合失效的概率。在分析疲劳断裂可靠性的时候，显式极限状态下的方程失效概率已经很难解决工程的实际问题了，所以基于此类情况，相关研究者研究出了响应面法，这类方使尽管跟隐式极限状态方程相似，不过其函数形式还是会对其普遍适用性产生影响[4]。所以，研究者就开始使用神经网络函数来解决此类问题。神经网络响应面法既有思路简单以及易于编程的特点，而且也有利于大大提高计算精度。

三、科学改善疲劳强度的方式

当起重机械安装完毕了以后，起重机械所在的的工作环境仍然是难以得到本质的改善，工作环节的影响还是会对起重机的疲劳强度产生实质性的影响，因此，在改善疲劳强度的时候，之时可以通过改变金属机构以及零部件设计来进行相应的调节，在控制了结构材料和机械零部件的表面应力集中之后，起重机疲劳裂纹现象才可以得到较为妥善的处理，在处理了起重机疲劳裂纹现象的同时还能够防止起重机疲劳裂纹发生持续扩展。通过改善其中机械的疲劳强度，相应的其中机械使用效率也会不断提高，而在具体的工作过程中，既可以保障工作人员的人身安全，又能够维持工厂的长期效益。因此，科学改善疲劳轻度的方式方法必须被立刻运用到起重机械的运营管理之中。

四、结语

本篇文章首先探讨了疲劳断裂发生的原因，之后再详细阐述了疲劳断裂可靠性的分析现状，最后提出了有关于科学改善疲劳强度的方式。通过对于其中机械疲劳强度的具体分析，起重机械发生疲劳断裂问题也有了相应的解决方式，从而通过有效的解决方法来防止发生重大的安全事故，从长远来看，也能促进工厂的未来发展。

参考文献：

[1]门智峰，高文海，李明芳，曹树贵，刘东辉.基于物联网技术的桥式起重机剩余寿命评估系统[J].矿山机械，2013，06：45-48+51.

[2]范小宁，徐格宁，王爱红.基于人工神经网络获取起重机当量载荷谱的疲劳剩余寿命估算方法[J].机械工程学报，2012，20：69-74.

[3]张强，王海舰，胡南.起升载荷下门式起重机主梁损伤与疲劳寿命预测研究[J].工程设计学报，2015，05：461-468.

[4]熊刚，吴晓，罗友红，温明亮.含缺陷起重机箱形梁结构断裂分析与有限元仿真[J].机械设计与制造，2016，04：207-210+215.