非对称循环载荷下疲劳寿命估算的能量法

机械设计中的疲劳寿命预测方法在机械设计领域，确保零部件和结构在长期使用中的可靠性是至关重要的。

疲劳寿命预测作为评估机械部件耐久性的关键手段，对于预防故障、优化设计和降低维护成本具有重要意义。

疲劳是指材料在循环载荷作用下，经过一定次数的循环后产生的局部永久性结构变化，进而导致裂纹萌生和扩展，最终可能引发部件失效。

疲劳寿命则是指材料或结构在疲劳作用下，从开始加载到发生失效所经历的循环次数。

准确预测疲劳寿命可以帮助设计师在产品开发阶段就采取有效的措施来提高产品的质量和可靠性。

目前，常见的疲劳寿命预测方法主要包括以下几种：实验方法是疲劳寿命预测的基础。

通过对实际材料或部件进行疲劳试验，可以直接获得其在特定载荷条件下的疲劳寿命数据。

然而，这种方法往往成本高昂，且试验周期长。

此外，由于实际工作条件的复杂性，很难完全模拟所有的工况，因此实验结果可能具有一定的局限性。

应力寿命法（SN 法）是一种广泛应用的传统方法。

它基于材料的应力水平与疲劳寿命之间的关系。

通过对大量实验数据的统计分析，建立应力幅与疲劳寿命的 SN 曲线。

在实际应用中，只需知道部件所承受的应力幅，就可以根据 SN 曲线估算其疲劳寿命。

但 SN 法通常假设材料是均质的，且不考虑裂纹的萌生和扩展过程，对于一些存在应力集中或复杂载荷的情况，预测结果可能不够准确。

应变寿命法（εN 法）则考虑了材料的塑性变形。

它基于材料的应变幅与疲劳寿命之间的关系。

该方法适用于低周疲劳情况，即在较高应变幅下，材料的塑性变形起主导作用。

应变寿命法对于分析具有局部塑性变形的部件疲劳寿命具有较好的效果，但同样存在一定的局限性，例如对于多轴应力状态的处理较为复杂。

损伤力学方法从微观角度研究材料的损伤演化过程。

通过建立损伤变量与载荷循环次数的关系，来预测疲劳寿命。

这种方法能够考虑材料内部的微观缺陷和损伤积累，但模型参数的确定较为困难，且计算量较大。

裂纹扩展法主要关注裂纹萌生后的扩展阶段。

摘要：电动自行车车架在骑行过程中会受到随机的外激励载荷作用，当长时间承受较高的应力水平时，车架结构容易出现随机疲劳破坏，导致车架结构失效。因此，预测电动自行车车架的随机振动疲劳寿命是非常有必要的。应用Nastran软件，运用Miner线性累积疲劳损伤法，结合高斯分布的三区间法，对车架结构进行随机疲劳计算，最后的算例证明了所提出的方法有效。关键词：电动自行车车架随机疲劳破坏Miner线性累积随机疲劳计算中图分类号：U484文献标识码：A文章编号：2095-8234（2021）04-0085-03

RandomVibrationFatigueLifeEstimationofE-bikeFrame

RUANli1;YEShuaihong2;WANGBin1;CHENLi1;HONGWei3

1-TaizhouInstituteofProductQualityandSafetyInspection(Taizhou,Zhejiang,318000,China)2-TaizhouVocationalCollegeofScience&Technology3-TaizhouFangyuanTestCo.，Ltd.

Abstract：TheE-bikeframewillbesubjectedtorandomexternalexcitationloadintheprocessofriding.Whensubjectedtohighstressforalongtime,theE-bikeframestructureispronetorandomfatiguefail原ure,leadingtostructuralfailure.Therefore,it'snecessarytopredicttherandomvibrationfatiguelifeesti原mationoftheE-bikeframe.Inthispaper,theMinerlinearcumulativefatiguedamagemethodcombinedwiththeGaussianthree-intervalmethodisusedtocalculatetherandomfatigueoftheframestructurebyNastransoftware.Thefinalexampleshowstheeffectivenessoftheproposedmethod.Keywords：E-bikeframe;Randomfatiguefailure;Minerlinearaccumulation;Randomfatiguecalculation

常见的⾦属材料⾼温疲劳-蠕变寿命估算⽅法在⼯程上，许多结构部件长期运⾏在⾼温条件下，如⽕⼒发电设备中的汽轮机、锅炉和主蒸汽管道，⽯油化⼯系统中的⾼温⾼压反应容器和管道，它们除了受到正常的⼯作应⼒外，还需承受其它的附加应⼒以及循环应⼒和快速较⼤范围内的温度波动等作⽤，因此其寿命往往受到蠕变、疲劳和蠕变-疲劳交互作⽤等多种机制的制约。

疲劳-蠕变交互作⽤是⾼温环境下承受循环载荷的设备失效的主要机理，其寿命预测对⾼温设备的选材、设计和安全评估有⼗分重⼤的意义，⼀直是⼯程界和学术界⽐较关⼼的问题，很多学者提出了相应的寿命预测模型。

本⽂对常见的寿命估算⽅法进⾏简单的介绍。

”寿命-时间分数法对于疲劳-蠕变交互作⽤的寿命估算问题主要采⽤线性累积损伤法，⼜叫寿命-时间分数法。

寿命时间分数法认为材料疲劳蠕变交互作⽤的损伤为疲劳损伤和蠕变损伤的线性累积，如下式所⽰：其中Nf为疲劳寿命，从ni为疲劳循环周次，tr为蠕变破坏时间，t为蠕变保持时间。

该⽅法将分别计算得到的疲劳损伤量和蠕变损伤量进⾏简单的相加，得到总的损伤量，计算⼗分简单，不过需要获得相应温度环境下纯蠕变和纯疲劳的试验数据。

由于该⽅法没有考虑疲劳和蠕变的交互作⽤，其计算结果和精度较差。

为了克服不⾜，提⾼计算精度，研究⼈员提出了多种改进形式。

例如谢锡善的修正式如下：Lagneborg提出的修正式如下：上述式⼦中，n为交互蠕变损伤指数，1/n为交互疲劳损伤指数，A、B为交互作⽤系数。

两个修正表达式均增加了交互项，可以⽤来调整累积损伤法的预测结果和实验结果之间误差，极⼤地提⾼了预测结果的可靠性。

频率修正法(FM法)及频率分离法(FS法)⽬前，⼯程上⼴泛使⽤的疲劳-蠕变寿命估算⽅法⼤多数都是基于应变控制模式的估算⽅法。

频率修正法是Coffin提出来的，认为低周疲劳中主要损伤是由塑性应变所引起的，Eckel在此基础上提出以下公式：式中：tf为破坏时间，K为依赖温度的材料常数，ϑ为频率，Δεp为塑性应变范围。

估计在多轴加载下领头人的疲劳寿命就像试图解决一个非常困难的工程难题想象一下这个—当小马有压力集中时，像一个小马一样，小马根的紧张会成为真正的头部吸食者，因为多轴加载太疯狂。

这有点像在骑单车时试图解决Rubik的立方体！为了应对这一挑战，工程师们运用了各种聪明的方法。

这些方法考虑诸如 Notch 形状，物质属性，应力水平，负载历史，甚至环境等，给我们一个关于疲劳生活的大画面估计。

这有点像拼图巨大的拼图，每一块代表不同的因素，影响我们的仆人可以保持多久的卡车。

但我们还得考虑这些不同种类的装载组合和混合，比如确保一个食谱中的所有成分一起发挥良好的作用。

估计在多轴加载下，领航员的疲劳寿命有点像解决一个非常棘手的，多维的谜题——当然是工程魔法的喷洒！Onemon估计在不同类型的应力下，一个注尾部分会持续多久的方法是采用线性弹性断裂力学（LEFM）方法。

这种方法基本上研究了鼻孔周围的应力，并使用断裂力学原理来判断裂缝何时可能开始，如何生长。

通过考虑压力强度和材料的坚韧性等因素，我们可以对这部分在多轴加载下能支撑多久进行有教养的猜测。

但它并不是一个完美的方法——有时它能给我们一个过于乐观或过于乐观的估计，因为它不能完全捕捉到在notch周围的所有不同类型的压力。

临界平面方法为估计多轴加载下排位器疲劳寿命提供了另一种方法。

这种办法考虑到不相称的加载和复杂应力，方法是确定预期疲劳损害会累积的关键平面。

通过分析多轴加载历史和材料的疲劳性质，临界平面方法对领航员的疲劳寿命提供了更准确的估计。

将有限元素分析（FEA）和多轴疲劳标准等先进数值方法与实验数据相结合，可以提高疲劳寿命估计的准确性。

对于多轴加载下排位器疲劳寿命的估计，显然需要采取多学科的方法，考虑诺赫几何，物质行为，加载条件的相互作用。

基于能量法的气缸盖低周热机疲劳寿命预测方法研究一、为啥要研究气缸盖低周热机疲劳寿命预测呢？咱都知道汽车发动机那可是相当重要的部件，而气缸盖在发动机里就像个默默奉献的小英雄。

它要经受住高温、高压这些恶劣条件的考验。

如果它出了问题，那整个发动机可就有可能闹脾气了。

比如说，要是气缸盖疲劳了，可能就会导致发动机动力下降，甚至直接罢工。

这就好比一个人天天累得要死，总有一天身体会垮掉一样。

那为了能提前知道这个小英雄什么时候可能会累垮，也就是预测它的疲劳寿命，就变得特别重要啦。

而能量法听起来就特别酷，感觉像是能给我们一把特殊的钥匙，去打开预测气缸盖疲劳寿命这个神秘大门。

二、能量法是个啥玩意儿呢？能量法啊，就像是一种神奇的魔法。

它的原理大概就是通过分析气缸盖在热机过程中的能量变化来预测它的疲劳寿命。

想象一下，气缸盖在发动机里工作的时候，就像一个小舞者在舞台上不停地跳动，每一个动作都伴随着能量的转换。

有热能变成机械能啦，机械能又可能会因为各种摩擦之类的变成热能散掉一部分。

而这些能量的转换过程如果出现了异常，就可能会对气缸盖的寿命产生影响。

能量法就是要抓住这些能量转换的小尾巴，从它们的变化里找出规律，然后算出这个气缸盖大概还能跳多久的舞，也就是还能工作多长时间才会因为疲劳而倒下。

三、怎么用能量法来预测呢？这可是个技术活。

首先得建立一个合适的模型。

这个模型就像是一个缩小版的气缸盖世界，在这个世界里，我们要把气缸盖的各种参数都放进去，像它的材料属性啊，形状啊，还有在发动机里工作时的温度变化范围、压力变化范围这些。

然后呢，就要开始计算能量的变化了。

这可不像1 + 1 = 2那么简单，得考虑到热传导、热对流、机械应力这些复杂的因素。

比如说，当发动机启动的时候，气缸盖的温度会迅速升高，这个时候热能就像洪水一样涌进来，那这个能量的流入量怎么计算，又怎么跟它的疲劳寿命联系起来呢？这就需要用到很多复杂的数学公式和物理知识了。

而且啊，不同的工况下，能量的变化还不一样。

疲劳失效模式分析疲劳失效模式分析疲劳失效模式分析是一种用于评估材料或结构在长期受到循环载荷作用下可能出现的失效情况的方法。

它通过分析材料或结构的疲劳失效模式，可以帮助工程师预测和防止潜在的疲劳失效，从而提高产品的可靠性和寿命。

下面是一个基于“逐步思考”的疲劳失效模式分析方法的文章。

第一步：了解疲劳失效模式疲劳失效是指材料或结构在长期循环载荷作用下，由于应力集中、裂纹扩展等原因导致的失效。

了解疲劳失效的基本原理和常见模式是进行疲劳失效模式分析的第一步。

常见的疲劳失效模式包括裂纹起始、裂纹扩展和最终断裂。

不同材料和结构在受到循环载荷作用下会表现出不同的疲劳失效模式，因此需要根据具体情况进行分析。

第二步：确定载荷和应力历史确定材料或结构在使用过程中可能承受的载荷和应力历史非常重要。

这些载荷和应力历史可以通过实验、数值模拟或实际使用条件来获取。

在疲劳失效模式分析中，载荷和应力历史的准确性对于预测失效的位置和时间具有关键性作用。

第三步：评估材料的疲劳寿命根据载荷和应力历史，可以通过疲劳试验或应力寿命曲线来评估材料的疲劳寿命。

疲劳试验是通过施加不同载荷水平的循环载荷来模拟实际使用条件，观察材料的失效行为并计算其寿命。

应力寿命曲线是通过将不同的应力水平施加到材料上，然后记录失效的循环次数或寿命来建立的。

根据疲劳试验或应力寿命曲线，可以预测材料在实际使用条件下的疲劳寿命。

第四步：分析材料的强度和韧性除了疲劳寿命，材料的强度和韧性也是进行疲劳失效模式分析的重要因素。

强度是指材料能够承受的最大应力水平，而韧性是指材料在受到应力时能够吸收的能量。

较高的强度和韧性可以提高材料的疲劳寿命，减少疲劳失效的风险。

因此，在分析疲劳失效模式时，需要考虑材料的强度和韧性特性。

第五步：优化设计和预防措施通过对疲劳失效模式的分析，可以帮助工程师优化产品设计和制定相应的预防措施。

例如，可以通过改变材料的成分、优化结构的几何形状或增加表面处理等方式来提高材料的疲劳寿命。

门座起重机金属结构疲劳寿命估算方法王㊀斌㊀何㊀然㊀文茂堂深圳市质量安全检验检测研究院㊀㊀摘㊀要:起重机金属结构是起重机的关键组成部分,其内部应力状况是评定起重机安全使用的重要内容㊂在对一台港口用单臂架门座起重机的主要金属结构件危险点的应力进行测试的基础上,根据现场测试获得的应力数据,运用累计损伤理论,并结合设备的实际工作强度,给出了该起重机的疲劳寿命计算方法,可为该设备的剩余使用寿命提供理论参考值㊂㊀㊀关键词:起重机;应力分析;疲劳寿命Method for Estimating Fatigue Life of Metal Structure of Portal CraneWang Bin㊀He Ran㊀Wen MaotangShenzhen Institute of Quality and Safety Inspection and Testing㊀㊀Abstract:The metal structure of the crane is the key component of the crane,its internal stress condition is an im-portant part of evaluating the safe use of the crane.Based on the stress test of the dangerous points of the main metal struc-tural parts of a single-boom gantry crane for port,according to the stress data obtained from the field test,using the cumula-tive damage theory,and combining with the actual working strength of the equipment,the fatigue life calculation method of the crane is given.This can provide a theoretical reference value for the remaining service life of the equipment.㊀㊀Key words:crane;stress analysis;fatigue life1㊀引言门座起重机(以下简称门机)是港口起重设备的重要组成部分,其安全使用问题始终是起重机厂家和使用户关心的首要问题之一㊂金属结构是起重机的受力骨架[1],也是起重机使用安全中最为关键的部分㊂研究统计表明,起重机的破坏和失效,大部分是由于金属结构的破坏所引起的[2]㊂老旧起重机由于已使用多年,有些已经接近或者超过其设计使用年限,起重机的金属结构内部难免会出现一定缺陷㊂这些缺陷和损伤由于隐蔽性较高,常规的年度检查以及维护保养中难以发现,这给起重机的安全使用埋下了巨大的隐患㊂组成起重机的重要金属结构件的应力状况能够反应金属结构在起重机工作过程中的受力情况,若结构件内部有缺陷,则其应力状况也会产生相应的变化㊂因此,为了保障起重机的安全使用,有必要对已使用多年的起重机主要金属结构件进行应力测试和分析㊂目前,对起重机金属结构应力分析的研究,主要包含强度分析和疲劳分析两个方面㊂门机适用性较强,起吊载荷灵活多变,疲劳失效是其金属结构失效的主要形式[3]㊂通过运用应力测试方法,对一台港口现役单臂架门座起重机的主要金属结构件进行应力测试,并根据应力测试的结果,依据雨流计数法以及累计损伤理论,对该起重机主要金属结构件的剩余疲劳寿命进行了预测,为该起重机的安全运行提供了理论参考和依据,同时也为其他起重机械疲劳寿命预测提供了一定的技术参考㊂2㊀主要金属构件应力数据测量金属疲劳寿命的计算,依据计算时采用疲劳损伤模型的不同,拥有多种不同的方法,目前主要有名义应力法㊁局部应力应变法㊁断裂力学法[4]㊁应力严重系数法[5]㊁能量法[6]㊁损伤力学法等㊂考虑到门机所受载荷应力水平一般小于材料的屈服极限,处于较低水平,属于高周疲劳破坏,因此,用名义应力法进行疲劳寿命估算㊂名义应力法,从材料的名义应力基本假定前提出发,结合测量部位应力集中的影响,对照待测材料的S-N曲线,采用损伤理论,用测得的应力值对材料的疲劳寿命进行估算㊂用名义应力法进行寿命估算22Copyright©博看网. All Rights Reserved.时,首先应当对设备主要构件中易发生疲劳的危险部位进行应力测试,获取起重机工作时危险部位应力的变化情况㊂2.1㊀设备概况和危险部位测点选取本项目所检测门机型号为MQ40100,额定起重量为40t,最大幅度为100m,已投入使用12年㊂检查起重机金属结构件损伤的基本状况,并根据该起重机的结构特点,在臂架㊁圆筒㊁滑轮组支撑以及人字架等主要结构件中所受应力较大的截面处,选取16个测点作为应力测试点,具体测点布置见图1㊂图1㊀应力测点布置图2.2㊀测试工况和应力测试结果现场测试时,考虑到待检测门机平时作业情况较为复杂,起吊载荷重量多变,且在接近额定载荷工况下使用频率较高,为了提高设备估算结果的安全系数,综合考虑设备的实际使用状况,采用额定载荷作为疲劳应力测试载荷,以设备在加载额定载荷,采用对应最大幅度进行装卸作业作为疲劳应力测试工况㊂测试时,起重机具体的工作流程为:①吊具朝向海侧,载荷位于装料区,起升钢丝绳处于松弛状态时仪器调零,并开始记录测试数据;②起吊试验载荷并提升至设备常用装卸作业高度,根据装卸作业时的常用路径将臂架旋转180ʎ;③旋转臂架回到初始装料区域,载荷落地,使起升钢丝绳完全松弛㊂以上工作流程视为该起重机装卸作业的1个工作循环㊂疲劳应力测试时,为了保证采集的应力数据能够更加真实准确地反映设备工作时的实际应力情况,需要对以上循环进行重复作业,以减少偶然随机因素的影响㊂本次测试中,对以上测试进行了10次重复作业和连续采样㊂各测点在测试工况下的应力值情况统计见表1㊂表1㊀各测点应力值情况统计测点最大值/MPa最小值/MPa变化幅值/MPa A1-3.201-15.25912.058A2+28.366+13.55314.813A3+8.695-16.98325.678A4+7.276-16.20223.478B1+5.426-40.37145.797B2+0.982-8.3079.289B3-1.567-48.17046.603B4-1.441-46.40644.965C1-8.640-20.34311.703C2-7.372-21.66214.290C3+48.206+10.39537.811C4+50.643+11.94638.697D1+82.408+18.48563.923D2+8.414-1.1269.540D3-19.272-85.91066.638D4+5.693-43.32449.017㊀㊀注:表中 + 表示该点测得应力为拉应力; - 表示该点测得应力为压应力㊂由表1可知,臂架根部测点B3㊁B4,以及圆筒处测点D1㊁D3,其应力最值和变化幅值较大㊂因此,进一步选取B3㊁B4㊁D1㊁D3作为疲劳危险点,进行疲劳寿命计算㊂测点B3㊁B4以及测点D1㊁D3处的应力时间历程曲线分别见图2㊁图3㊂图2㊀测点B3、B4应力时间历程曲线32Copyright ©博看网. All Rights Reserved.图3㊀测点D1、D3应力时间历程曲线3㊀疲劳应力谱获取通过对待测设备装卸作业时各测点的应力数据进行采集,获得了各选定测点在测试工况下的应力时间历程曲线数据㊂由于起重机工作过程中测点所受载荷作用的随机性,无法通过数学公式进行描述,必须借助统计方法对各测点的应力时间历程数据进行统计处理,将应力时间历程数据处理成疲劳应力谱,以便结合材料的S-N曲线进行进一步计算㊂3.1㊀滤波处理在应力数据测量过程中,受仪器以及外部环境的影响,所测得的应力时间历程数据通常会受到干扰信号的影响,从而产生一定的偏差,因此,需要对测量数据进行滤波处理,以减少干扰信号的影响㊂3.2㊀峰谷点处理和雨流计数法统计目前,国内外对于金属疲劳寿命的计算通常采用循环计数法中的雨流计数法[7-8]对应力数据进行统计处理㊂采用雨流计数法进行统计处理时,只对应力时间历程数据中的波峰和波谷点的幅值进行统计分析,因此需要对原始应力数据中的峰谷值进行筛选,去掉应力数据中的非峰谷点以及其他对金属疲劳寿命计算无影响的幅值小于最大幅值的峰谷点㊂各危险测点应力测试数据,经过雨流计数法处理以后,便能获得能够反映测点在起重机工作过程中所受应力幅值㊁应力均值以及循环次数之间关系的疲劳应力载荷谱㊂本次测试采用的DH5930便携式应变测试分析系统内含数据处理模块,数据后处理时可以直接调用相关模块,对数据进行滤波㊁峰谷以及雨流计数法统计㊂4㊀剩余疲劳寿命估算4.1㊀材料P-S-N曲线的确定S-N曲线是以标准试样经过疲劳测试获得的表示材料外加应力幅和疲劳循环次数之间关系的曲线,不同材料的S-N曲线可以查阅疲劳设计手册获得㊂为了提高计算时的安全系数,标准的S-N曲线由于可靠度较低,难以满足寿命估算要求,因此通常采用可靠度更高的P-S-N曲线,将疲劳测试时的载荷抗力按随机变量来处理㊂在工程实际中,通常采用双对数坐标形式,将材料的P-S-N曲线进行简化表达成直线形式,其表达式为:lg N=C+m lgΔσ(1)式中,N为p%存活率下的疲劳寿命;Δσ为应力范围,MPa;C㊁m为不同材料及不同可靠度情况下的方程常数,根据所检测起重机主要焊接结构件的材料以及接头形式确定㊂本项目起重机的主要金属材料为Q235,在95%存活率下,C㊁m的值分别取为13.45与-3.371[9]㊂4.2㊀平均应力的修正反映材料疲劳性能的S-N曲线,通常是平均应力为零的基本S-N曲线㊂然而实际构件受载情况复杂,构件所受载荷平均应力大部分情况均值并不为零,因此,还应当对雨流计数法处理后获得的疲劳应力谱进行平均应力的修正,将有均值的应力谱先转换为均值为零的疲劳应力谱㊂目前,常用的疲劳分析平均应力修正方法有Goodman法和Gerber法㊂Goodman法的表达方程为直线方程,简单易用,且估算关系较为保守,能够满足工程计算要求,Goodman法表达式为:σᶄa=σa1-σmσb(2)式中,σᶄa为修正的应力幅值;σa为应力幅值;σm为平均应力;σb为材料的抗拉强度极限㊂将经过雨流计数法处理后得到的应力幅值以及均值的分布图代入到上述公式中,即可获得修正后42Copyright©博看网. All Rights Reserved.的应力幅值分布图㊂臂架处测点B3的应力幅值分布修正图见图4㊂图4㊀臂架测点B3应力幅值分布修正图4.3㊀剩余疲劳使用寿命估算在金属结构疲劳寿命的研究过程中,许多学者根据疲劳损坏假设条件的不同得出了多种疲劳损伤方法㊂目前,Miner 线性累积损伤方法由于模型简单,实用性和可靠性较高,已经获得了大量的应用㊂该方法用损伤度对工作循环中各应力水平所造成的损伤进行定量分析,并且假定各应力水平下的损伤度可以进行线性叠加[10]㊂根据Miner 线性累积损伤方法,采样应力循环下,不同应力水平所造成的损伤度D 可以按照下式进行叠加计算:D =ðki =1n iNiɤa (3)式中,k 为不同的应力水平级数,本项目将疲劳应力幅值分为10级进行计算,见图4;n i 为采样时段内各级别应力水平的实际循环次数;N i 为在相应应力水平下达到疲劳时的总循环次数;a 为安全常数,计算中取1,即假定材料的累计损伤度达到1时,则材料达到疲劳寿命上限㊂将雨流计数处理以及平均应力修正后的应力幅值与相应循环次数的分布情况数据用P-S-N 曲线进行对应疲劳循环次数计算,即可获得各应力水平作用下达到疲劳时的循环作用次数,最后用Miner 线性损伤方法将各应力水平的损伤度进行叠加,便能获得各测点在采样时间内的总体损伤度Dᶄ㊂假设采样时间长度为t ,起重机服役过程中始终按照采样工况进行装卸作业,则可以由采样时间长度下各测点的损伤度推导计算该起重机达到疲劳时所需的总时长,即为其疲劳寿命㊂疲劳寿命H 理论计算公式可以表达为:H =DDᶄt (4)式中,总损伤度D 取1㊂结合设备的已使用年限,即可得到设备的剩余疲劳使用寿命T 为:T =H -Hᶄ(5)式中,Hᶄ为设备的已使用年数㊂根据使用方提供的设备使用情况记录,所检测起重机已使用年数Hᶄ为12年,设备1天工作约8h,1年工作约250d,则B3㊁B4㊁D1㊁D3这4个危险测点剩余疲劳寿命计算结果见表2㊂表2㊀危险测点剩余疲劳寿命情况统计测点B3B4D1D3剩余疲劳寿命/a47.048.69.16.5㊀㊀由表2可知,该起重机圆筒处疲劳寿命最短,其中D3测点的剩余疲劳寿命为6.5年㊂5㊀结语对1台港口门机进行了应力测试,根据应力测试的结果,针对该起重机的结构形式进一步选定4个应力测量值较大的点作为疲劳危险点进行疲劳寿命分析㊂由应力测试所得的疲劳危险点处应力时间历程数据,通过雨流计数㊁应力修正等方法进行数据处理,结合起重机金属材料的P-S-N 曲线以及Miner 线性累计损伤方法对危险测点的剩余疲劳寿命进行了估算㊂计算结果显示该起重机圆筒处疲劳寿命最短,剩余疲劳寿命为6.5年㊂起重机疲劳寿命计算的结果让用户对设备有了进一步的了解,为今后对设备的科学管理和维护提供了参考和依据,同时对类似结构起重机的疲劳寿命预测工作也具有一定的指导意义㊂参考文献[1]㊀史朝阳.桥式起重机金属结构疲劳剩余寿命可靠性及其灵敏度分析[D].太原:太原科技大学,2014.[2]㊀李淘萍.基于MSC.Fatigu 的门座式起重机疲劳寿命的研究[D].武汉:武汉理工大学,2013.[3]㊀蔡福海,王欣,高顺德,等.起重机结构疲劳强度与寿52Copyright ©博看网. All Rights Reserved.命评估方法分析[J].中国工程机械学报,2014,12(2):146-150.[4]㊀柳柏魁.桥式起重机疲劳寿命分析[J].机电工程技术,2019.[5]㊀姚卫星.结构疲劳寿命分析[M].北京:国防工业出版社,2003.[6]㊀熊峻江,王三平,高镇同.疲劳寿命估算的能量法及其实验研究[J].力学学报,2000,32(4):420.[7]㊀王宏伟,邢波,骆红云.雨流计数法及其在疲劳寿命估算中的应用[J].矿山机械,2006,34(3):95-97.[8]㊀夏勇波,宋绪丁,万一品.随机载荷作用下的疲劳寿命估算[J].南方农机,2019,50(11):109+111.[9]㊀赵少汴,王忠保.机械工业出版社基金资助抗疲劳设计 方法与数据[M].北京:机械工业出版社,1997.[10]洪正,王松雷.门式起重机金属结构应力测试及分析[J].机械研究与应用,2012,25(6):81-83.王斌:518024,广东省深圳市罗湖区泥岗西路聚智慧大厦810收稿日期:2022-05-08DOI:10.3963/j.issn.1000-8969.2022.04.009(上接第5页)图4㊀带式输送机参数化建模界面图5㊀带式输送机三维模型提示,重新输入数值㊂根据港口及电力行业带式输送机设计中常用的关键参数,定义了表1所示的细节参数表㊂表1㊀带式输送机参数化设计细节参数表参数单位带宽mm 支腿间距mm 支腿高度mm 中间架间距mm 上托辊直径mm 回程托辊直径mm㊀㊀得到所需的三维模型后,利用SolidWorks 的由装配体生成工程图功能,可直接将三维模型转换为二维工程图(见图6)㊂SolidWorks 软件可以按照实际需求调整工程图中视图的比例和位置,并根据需要选择标注的内容自动添加标注,最后将工程图保存为DWG㊁PDF 等格式的文件用于后续工作㊂图6㊀带式输送机二维工程图4㊀结语利用 语言,对典型水平带式输送机进行了结构参数化设计㊂通过主要结构尺寸和细节的参数化设计,不仅可以得到带式输送机的三维模型,还可以得到相应的二维工程图㊂该参数化设计方法,能够很好地解决手工建模在设计方案修改时重复建模工作量繁重的问题,极大地提高了设计效率,缩短了新方案的设计周期,简化了结构相似㊁参数不同的带式输送机设计过程㊂参考文献[1]㊀温皓白,刘敏,饶毅,等.基于VB 的带式输送机能耗计算模型[J].港口装卸,2017(2):53-56.[2]㊀黄迎春.基于SolidWorks 的齿轮参数化设计系统研究[D].大连:大连理工大学,2008.[3]㊀何西登,沈景凤.基于Web 的铝管加工专用机床参数化设计系统[J].电子科技,2017,30(3):114-117.[4]㊀卢杰,米彩盈.基于SolidWorks 的联合参数化设计方法研究[J].图学学报,2013,34(6):64-68.张鹏:710075,陕西省西安市雁塔区团结南路22号收稿日期:2022-05-29DOI:10.3963/j.issn.1000-8969.2022.04.00262Copyright ©博看网. All Rights Reserved.。