本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)件疲勞試驗(yàn)，尤其涉及一種起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件疲勞試驗(yàn)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、港口是現(xiàn)代交通運(yùn)輸體系實(shí)現(xiàn)中轉(zhuǎn)運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵物流樞紐，起重機(jī)作為主要的港口機(jī)械之一是港口完成裝卸作業(yè)、轉(zhuǎn)載運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備。起重機(jī)的工作環(huán)境惡劣、工況復(fù)雜，在長(zhǎng)期承受自重、交變工作載荷和環(huán)境載荷的過(guò)程中會(huì)不可避免的產(chǎn)生疲勞損傷。當(dāng)疲勞損傷累計(jì)到一定程度時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致疲勞裂紋的出現(xiàn)，之后在外部載荷的作用下導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，從而造成嚴(yán)重后果。因此，對(duì)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件進(jìn)行疲勞試驗(yàn)以測(cè)試其性能，是十分重要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件疲勞試驗(yàn)方法及系統(tǒng)，其通過(guò)試驗(yàn)的合理設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)件疲勞壽命的有效預(yù)估，對(duì)于保障起重機(jī)安全生產(chǎn)具有重大意義。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件疲勞試驗(yàn)方法，包括：

4、步驟1)：通過(guò)有限元仿真確定起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件進(jìn)行測(cè)試的目標(biāo)位置；

5、步驟2)：獲取起重機(jī)作業(yè)過(guò)程中，起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件于各目標(biāo)位置處的特征數(shù)據(jù)，并根據(jù)獲取的各目標(biāo)位置的特征數(shù)據(jù)確定起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件疲勞試驗(yàn)過(guò)程中各目標(biāo)位置的試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置；

6、步驟3)：根據(jù)確定的參數(shù)設(shè)置對(duì)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件的各目標(biāo)位置進(jìn)行試驗(yàn)，并實(shí)時(shí)獲取起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件各目標(biāo)位置處的疲勞裂紋尺寸數(shù)據(jù)；

7、步驟4)：循環(huán)執(zhí)行試驗(yàn)直至滿足預(yù)設(shè)的試驗(yàn)終止條件，并根據(jù)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件的試驗(yàn)結(jié)果，估計(jì)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命。

8、作為一種可能的實(shí)施方式，進(jìn)一步，步驟1)中通過(guò)有限元仿真確定起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件進(jìn)行測(cè)試的目標(biāo)位置，具體包括如下步驟：

9、步驟1.1)：建立關(guān)于起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件的有限元模型；

10、步驟1.2)：在模型的約束處加載載荷譜進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)疲勞仿真分析；

11、步驟1.3)：獲取加載載荷譜的預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，結(jié)構(gòu)件不同測(cè)試位置的疲勞損傷值；

12、步驟1.4)：將不同測(cè)試位置的損傷值按照從大到小進(jìn)行排序，選取前x個(gè)較大疲勞損傷值所對(duì)應(yīng)的測(cè)試位置作為目標(biāo)位置。

13、作為一種可能的實(shí)施方式，進(jìn)一步，步驟2)中所述特征數(shù)據(jù)包括各時(shí)刻起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件目標(biāo)位置所受的應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)。

14、作為一種可能的實(shí)施方式，進(jìn)一步，步驟2)中根據(jù)獲取的各目標(biāo)位置的特征數(shù)據(jù)確定起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件疲勞試驗(yàn)過(guò)程中各目標(biāo)位置的試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置，具體包括如下步驟：

15、步驟2.1)：根據(jù)獲取的特征數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件在各目標(biāo)位置處各應(yīng)力的作用時(shí)長(zhǎng)；

16、步驟2.2)：分別將各目標(biāo)位置所受應(yīng)力按照作用時(shí)長(zhǎng)從大到小進(jìn)行排序，并選取前n個(gè)作用時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)的應(yīng)力作為所屬目標(biāo)位置的應(yīng)力參數(shù)設(shè)置；其中，同一目標(biāo)位置處篩選出的排序前n的應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的作用時(shí)長(zhǎng)之和在該目標(biāo)位置處應(yīng)力作用總時(shí)長(zhǎng)中的占比不低于80％；

17、步驟2.3)：根據(jù)排序前n的各應(yīng)力所對(duì)應(yīng)作用時(shí)長(zhǎng)的比例設(shè)置所屬目標(biāo)位置單次載荷循環(huán)過(guò)程中各應(yīng)力的作用時(shí)長(zhǎng)txi；

18、其中，txi表達(dá)式如下：

19、

20、其中，txi表示第x目標(biāo)位置處排序前n個(gè)應(yīng)力中的第i個(gè)應(yīng)力在單次載荷循環(huán)過(guò)程中的作用時(shí)長(zhǎng)；txi表示特征數(shù)據(jù)中第x目標(biāo)位置處排序前n個(gè)應(yīng)力中的第i個(gè)應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的作用時(shí)長(zhǎng)，txn表示特征數(shù)據(jù)中第x目標(biāo)位置處排序前n應(yīng)力中的第n個(gè)應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的作用時(shí)長(zhǎng)；a表示單次載荷循環(huán)的時(shí)長(zhǎng)。

21、作為一種較優(yōu)的實(shí)施方式，優(yōu)選的，每次載荷循環(huán)過(guò)程中各目標(biāo)位置選取的n個(gè)應(yīng)力按照隨機(jī)排序方式作用于所屬的目標(biāo)位置上，對(duì)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn)。

22、作為一種可能的實(shí)施方式，進(jìn)一步，步驟3)中根據(jù)確定的參數(shù)設(shè)置對(duì)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件的各目標(biāo)位置進(jìn)行試驗(yàn)，并實(shí)時(shí)獲取起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件各目標(biāo)位置處的疲勞裂紋尺寸數(shù)據(jù)，具體步驟如下：

23、根據(jù)篩選出的前n個(gè)應(yīng)力及前n個(gè)應(yīng)力在單次載荷循環(huán)過(guò)程中的作用時(shí)長(zhǎng)，對(duì)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件中對(duì)應(yīng)目標(biāo)位置處的疲勞試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；

24、對(duì)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)期間實(shí)時(shí)獲取起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件各目標(biāo)位置處的疲勞裂紋尺寸數(shù)據(jù)。

25、作為一種可能的實(shí)施方式，進(jìn)一步，步驟4)中循環(huán)執(zhí)行試驗(yàn)直至滿足預(yù)設(shè)的試驗(yàn)終止條件，并根據(jù)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件的試驗(yàn)結(jié)果，估計(jì)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命，具體步驟如下：

26、步驟4.1)：當(dāng)獲取的疲勞裂紋尺寸數(shù)據(jù)中存在超過(guò)臨界裂紋長(zhǎng)度的裂紋時(shí)，或者當(dāng)載荷循環(huán)次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的循環(huán)次數(shù)時(shí)，試驗(yàn)終止；其中，預(yù)設(shè)的循環(huán)次數(shù)應(yīng)大于起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)疲勞裂紋時(shí)所對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)；

27、步驟4.2)：當(dāng)獲取的疲勞裂紋尺寸數(shù)據(jù)中存在超過(guò)臨界裂紋長(zhǎng)度的裂紋時(shí)，則以疲勞裂紋尺寸數(shù)據(jù)超出臨界裂紋長(zhǎng)度時(shí)刻，所對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)作為起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命；

28、當(dāng)載荷循環(huán)次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的循環(huán)次數(shù)時(shí)，則根據(jù)獲取的疲勞裂紋尺寸數(shù)據(jù)、循環(huán)次數(shù)以及疲勞試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置，估計(jì)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命。

29、作為一種可能的實(shí)施方式，進(jìn)一步，根據(jù)獲取的疲勞裂紋尺寸數(shù)據(jù)、循環(huán)次數(shù)以及疲勞試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置，估計(jì)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命，具體方式如下：

30、s1：根據(jù)獲取的疲勞裂紋尺寸數(shù)據(jù)、循環(huán)次數(shù)以及疲勞試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置，估計(jì)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件中各出現(xiàn)裂紋的目標(biāo)位置所對(duì)應(yīng)的疲勞壽命nxf，其中nxf表達(dá)式如下：

31、

32、其中，nxf表示第x目標(biāo)位置所對(duì)應(yīng)的疲勞壽命；nx0表示起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件在第x目標(biāo)位置處出現(xiàn)疲勞裂紋時(shí)所對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)；af表示臨界裂紋長(zhǎng)度；ax0表示起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件在第x目標(biāo)位置處出現(xiàn)疲勞裂紋時(shí)的初始裂紋長(zhǎng)度；ax表示在第x目標(biāo)位置處的裂紋長(zhǎng)度；δσx表示在第x目標(biāo)位置處的應(yīng)力增幅；δσx＝σxmax-σxmin，σxmax表示在第x目標(biāo)位置處載荷循環(huán)過(guò)程中應(yīng)力的最大值，σxmin表示在第x目標(biāo)位置處載荷循環(huán)過(guò)程中應(yīng)力的最小值；c和m是材料常數(shù)同pais公式中的c和m(由實(shí)驗(yàn)測(cè)得)；q表示與裂紋長(zhǎng)度相關(guān)的修正因子為常數(shù)，通常設(shè)置在0.5～2之間；a0為參考裂紋長(zhǎng)度，a0的表達(dá)式如下：

33、

34、其中，kic表示斷裂韌性；k為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，通常設(shè)置在0.2～0.5之間；σa是交變應(yīng)力增幅，σa的表達(dá)式如下：

35、

36、式中σxmax表示在第x目標(biāo)位置處載荷循環(huán)過(guò)程中應(yīng)力的最大值，σxmin表示在第x目標(biāo)位置處載荷循環(huán)過(guò)程中應(yīng)力的最小值；

37、s2：從估計(jì)的各出現(xiàn)裂紋的目標(biāo)位置所對(duì)應(yīng)的疲勞壽命中，篩選出最短的疲勞壽命，并以該最短的疲勞壽命作為起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命。

38、本發(fā)明還提供一種起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)，應(yīng)用上述起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件疲勞試驗(yàn)方法，所述系統(tǒng)包括：

39、有限元仿真模塊，用于通過(guò)有限元仿真確定起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件進(jìn)行測(cè)試的目標(biāo)位置；

40、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取起重機(jī)作業(yè)過(guò)程中，起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件于各目標(biāo)位置處的特征數(shù)據(jù)；

41、數(shù)據(jù)處理模塊，用于根據(jù)獲取的各目標(biāo)位置的特征數(shù)據(jù)確定起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件疲勞試驗(yàn)過(guò)程中各目標(biāo)位置的試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置；

42、參數(shù)設(shè)置模塊，用于根據(jù)確定出的疲勞試驗(yàn)參數(shù)以及預(yù)設(shè)的試驗(yàn)終止條件，對(duì)測(cè)試模塊進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置；

43、測(cè)試模塊，用于按照設(shè)置對(duì)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件的各目標(biāo)位置施加對(duì)應(yīng)應(yīng)力，并對(duì)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件循環(huán)執(zhí)行試驗(yàn)直至滿足預(yù)設(shè)的試驗(yàn)終止條件；

44、圖像識(shí)別模塊，用于實(shí)時(shí)獲取起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件各目標(biāo)位置處的疲勞裂紋尺寸數(shù)據(jù)；

45、結(jié)構(gòu)件壽命估計(jì)模塊，用于根據(jù)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件的試驗(yàn)結(jié)果，估計(jì)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命。

46、本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有至少一條指令、至少一段程序、代碼集或指令集，所述的至少一條指令、至少一段程序、代碼集或指令集由處理器加載并執(zhí)行實(shí)現(xiàn)上述起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件疲勞試驗(yàn)方法。

47、采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其具有的有益效果為：

48、本發(fā)明通過(guò)試驗(yàn)的合理設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)件疲勞壽命的準(zhǔn)確預(yù)估，試驗(yàn)時(shí)先根據(jù)有限元仿真確定起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件中易發(fā)生疲勞損壞的位置，接著根據(jù)起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中獲得的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置，使試驗(yàn)過(guò)程能夠更加接近結(jié)構(gòu)件在實(shí)際作業(yè)中的受力狀況，進(jìn)而提升起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件疲勞壽命估計(jì)的準(zhǔn)確性，對(duì)于保障起重機(jī)安全生產(chǎn)具有重大意義。