[发明专利]一种起重机主金属结构剩余疲劳寿命的估算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种起重机主金属结构剩余疲劳寿命的估算方法，它适用于船厂、港口等工作级别较高的大型起重机实测载荷谱的编制、材料疲劳裂纹扩展曲线的测定、危险位置的无损检测和主金属结构疲劳剩余寿命估算，该方法也适用于其他类型起重机的剩余疲劳寿命估算。

背景技术

港口、船厂的大型起重机主要是门座式起重机、造船门式起重机、岸边桥式起重机等，它们是港口装卸作业的主要起重设备，具有短暂、重复、周期性循环、起制动频繁、冲击载荷大等工作特点，因此在其设计使用期限内，受力构件常因疲劳而出现各种形式的裂纹，若继续使用随着载荷的作用裂纹会逐步扩展，最终会突然地失效，在征兆很不明显的情况下突然断裂，从而对人民群众的生命财产和工业安全生产造成严重威胁，而且此类设备造价昂贵，少则百万、多则上亿元人民币。例如2001年7月17日，上海沪东中华造船公司，龙门吊在吊倒塌事故，导致36人死亡，3人重伤，其中包括同济大学的5位教授和2位博士后，其中直接经济损失8000多万元。2008年5月，上海沪东中华造船公司，两台龙门吊倒塌，3人死亡，2人重伤，直接经济损失4766万元。

据调查，这些裂纹的产生大多都是由疲劳引起的，疲劳破坏作为起重机械金属结构的主要破坏形式决定了起重机的使用寿命，因此对此类起重机金属结构进行剩余疲劳寿命估算意义重大。

目前，采用的剩余疲劳寿命估算方法是在不考虑结构中可能已经存在裂纹、或不知道实际裂纹的位置及大小等因素下提出的，由于该方法不对危险位置进行无损检测，不了解实际可能存在的裂纹，得到的寿命结果可能和实际寿命有很大的出入。由上可知，目前的疲劳寿命估算是在假设起重机初始状态完美无缺的情况下，通过寿命衰减速率曲线的估算出起重机主梁的疲劳剩余寿命。

疲劳裂纹的扩展寿命预测，主要是基于线弹性断裂力学的Paris疲劳裂纹扩展速率定律

dadN=C(ΔK)m]]>

其中，a是裂纹尺寸；N是疲劳载荷循环次数；ΔK为裂纹的应力强度因子变化范围，它和裂纹几何和载荷相关；c和m为材料常数。Paris的疲劳裂纹扩展速率方程主要表征了裂纹稳定扩展阶段，但没有考虑门槛值、断裂韧性以及平均应力对疲劳裂纹扩展速率的影响。另外，这一方程也主要针对等幅疲劳载荷。

为了预测实际工程裂纹的疲劳扩展寿命，考虑复杂的变幅载荷工况可能导致的裂纹闭合效应，考虑门槛值、断裂韧性以及平均应力对疲劳裂纹扩展速率的影响，Forman，Walker，Austen以及美国NASA等对Paris定律进行了修正，这些方程如下：

FormandadN=C·ΔKn(1-R)·Kc-ΔK]]>