[发明专利]一种具有裂纹缺陷的起重机金属结构剩余寿命计算方法

说明书

本发明公开了一种具有裂纹缺陷的起重机金属结构剩余寿命计算方法，包括如下步骤：步骤一、计算初始裂纹尺寸a₀；步骤二、计算临界裂纹尺寸a_c；步骤三、计算疲劳裂纹扩展寿命N_P：考虑等幅应力，将Paris公式积分，可得疲劳裂纹扩展寿命；步骤四、剩余寿命的确定：根据步骤三中计算出的疲劳裂纹扩展寿命N_P除以寿命安全系数n_N即为起重机金属结构剩余寿命。本发明是基于断裂力学裂纹扩展仿真的起重机金属结构剩余寿命计算方法，以期解决工程中疲劳数据缺乏和检测方法缺乏的问题，为今后相关规范规程的编制提供参考依据。

技术领域

本发明属于起重机检测技术领域，具体涉及一种具有裂纹缺陷的起重机金属结构剩余寿命计算方法。

背景技术

起重机构件在建造过程中，由于工艺不当、操作失误、钢液质量不佳等原因，难免会产生缺陷。缺陷的存在，对起重机构件的疲劳强度有显著影响。因此对缺陷的计算和寿命评估就成为起重产品质量和安全生产的必要保障。

本发明用断裂力学方法研究起重机焊接结构的疲劳裂纹扩展机理，并估算在役起重机的剩余疲劳寿命，对预防疲劳断裂事故的发生、指导起重机的设计、制造、检验和管理具有重要意义。

目前，我国起重机金属结构的设计基本上仍然停留在经验设计和静强度设计阶段，桥架结构的疲劳设计仍使用应力比法和常规的无限寿命设计的方法——对桥架结构上可能的几个危险点或危险截面使用材料力学公式进行疲劳强度校核，以计算所得的安全系数不小于许用的安全系数作为疲劳强度的判据，使结构达到无限设计寿命。这种设计方法造成起重机金属结构静强度储备偏高，自重加大，限制了起重机向大吨位、大跨度、大高度和高速度方向发展；另一方面却往往事与愿违，很多通过疲劳校核计算的桥架在使用过程中仍然发生了早期疲劳失效，造成了严重的经济损失。这说明使用常规的疲劳设计方法在起重机的疲劳设计和寿命估算方面都存在不足，需要加以改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有裂纹缺陷的起重机金属结构剩余寿命计算方法，解决工程中疲劳数据缺乏和检测方法缺乏的技术问题。

本发明为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种具有裂纹缺陷的起重机金属结构剩余寿命计算方法，包括如下步骤：

步骤一、计算初始裂纹尺寸a₀：

对原始裂纹进行当量化处理，将其转化成规则化裂纹，根据规则化裂纹计算出初始裂纹尺寸a₀；所述初始裂纹尺寸a₀是指开始计算起重机金属结构剩余寿命时的最大原始裂纹尺寸；

步骤二、计算临界裂纹尺寸a_c：

所述临界裂纹尺寸a_c指在给定的受力情况下，起重机金属结构不发生脆断所容许的最大裂纹尺寸；

临界裂纹尺寸a_c根据以下原则确定：起重机金属结构的应力强度因子范围小于快速扩展区起点的应力强度因子范围；由于临界裂纹尺寸a_c对疲劳寿命影响较小，用K_Ic的下限值代替快速扩展区起点的应力强度因子，由此可得：

式中，K_Ic为材料的断裂韧度

f为形状因子；

σ为循环应力的最大值(MPa)；

步骤三、计算疲劳裂纹扩展寿命N_P：

考虑等幅应力，将Paris公式积分，可得疲劳裂纹扩展寿命为：