升降车臂架多种疲劳寿命评估方法    中山石歧升降车出租, 中山石歧升降车, 升降车出租   归纳起来，可分为：基于力学的疲劳寿命评估方法、基于概率统计的疲劳寿命评估方法、基于信息新技术的疲劳寿命评估方法。

   1）基于力学的疲劳寿命评估方法, 根据疲劳寿命与评估参数的关系，可将基于力学的疲劳寿命评估方法分为：名义应力法、结构热点应力法、局部-应力应变法、等效结构应力法、断裂力学法。前四种方法需通过疲劳累积损伤理论和材料的S-N曲线来确定结构的损伤情况。目前，在基于力学的升降车疲劳寿命评估方面，以32t-42m双梁桥式升降车起升钢丝绳为例，分别采用名义应力法和局部应力应变法，估算其额定载荷及平均载荷作用时钢丝绳的疲劳剩余寿命，确保其提升作业的安全性。等以名义应力法作为在役桥式升降车金属结构疲劳寿命评估的基本方法，通过雨流计数法对随机载荷进行处理，根据线性累积损伤的Palmgren-Miner模型计算升降车金属结构的疲劳累积损伤量，并给出了疲劳寿命的预测结果，在此基础上开发了疲劳寿命分析预测软件。利用局部应力-应变分析法和修正Neuber法，建立了升降车格构式臂架结构疲劳裂纹形成寿命评估模型。以IIW标准为基础，通过热点应力和有限元分析相结合的方法，计算主梁焊缝的疲劳寿命。针对塔式升降车的标准节，建立了包含焊缝细节的主弦杆与连接螺栓套的有限元模型，通过等效结构应力法，分析了焊缝区域的疲劳剩余寿命。等提出了一套适用于升降车箱形主梁结构疲劳寿命评估的6流程和方法。针对断裂力学无法确定初始裂纹尺寸及裂纹形成寿命，提出基于损伤-断裂力学理论的升降车金属结构疲劳寿命估算法。

    名义应力法以材料或结构的应力寿命曲线（S-N曲线）为基础，考虑结构危险点处应力集中系数及其它影响因素，根据名义应力及疲劳累积损伤理论，确定结构的寿命。名义应力法计算简单，发展成熟，但忽略了缺口根部局部塑性和载荷加载顺序的影响，基本假设不符合疲劳机理，寿命评估结果不稳定且精度较低。结构热点应力法，在有限元模型（包含焊缝）的基础上，计算结构应力。但仅适用于焊趾疲劳分析，无法考虑焊接区域焊根处的裂纹扩展情况。局部-应力应变法以材料的应力-应变曲线（σ-ε曲线）和应变寿命曲线（ε-N曲线）为基础，在缺口根部进入塑性区、应力梯度较小时，计算精度较高，反之误差较大。当ε-N曲线采用Manson-Coffin公式进行寿命评估时，若外载荷对应的寿命出现在低周疲劳区域，计算精度较高。由此可见，局部应力-应变法适用于低周疲劳的疲劳裂纹形成寿命评估。但由于Manson-Coffin公式为经验公式，在材料性能参数难以确定的情况下，会降低计算精度和结果的稳定性。等效结构应力法作为一种新兴的疲劳寿命评估法，利用网格分布敏感结构应力计算法及应力-寿命曲线（S-N曲线），评估焊接结构焊缝处的疲劳寿命。较好的克服了设计阶段焊接接头分类标准难以把握、焊接位置集中程度难以确定的问题。断裂力学法以材料或结构本身存在的缺陷（称为裂纹）为前提，以弹、塑性力学及新的实验技术为基础，研究裂纹尖端附近的应力、应变场和裂纹的扩展规律。断裂力学法符合裂纹的疲劳扩展机理，可通过控制裂纹初始损伤、检测周期、使用载荷等条件来确保产品的安全性。但对于裂纹形成及早期发展趋势，仍需要依靠其它方法。

  2）基于概率统计的疲劳寿命评估方法, 基于力学的疲劳寿命评估方法是将裂纹尺寸、材料特性、载荷等与疲劳剩余寿命计算有关的参数当作确定的量来处理。然而工程实际中，这些参数往往具有随机性、分散性。因此，为得到符合工程实际的结构安全评价结果，提出从概率统计的角度，对结构疲劳寿命进行可靠的定量分析。针对机械零部件疲劳寿命设计中材料、制造工艺的不确定性，提出将现场实测数据与概率模型相结合的基于贝叶斯理论的疲劳寿命预测法，确保了预测结果的可靠性。为考虑金属结构疲劳寿命的应力梯度效应，提出基于概率统计的非均匀应力结构寿命评估法。在升降车械领域，以桥式升降车为例，针对影响其疲劳寿命可靠性的关键因素，提出基于马尔科夫链-蒙特卡罗(MC-MC)的升降车疲劳7寿命可靠性灵敏度分析法，给出了关键因素（初始裂纹尺寸、应力变程、应力比、实验常数和临界裂纹尺寸）影响度的排序结果。基于概率统计的疲劳寿命评估方法能较好的反映产品寿命的整体特性和一般规律，但需要积累大量的实验数据。

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    3）基于信息新技术的疲劳寿命评估方法, 基于信息新技术的疲劳寿命评估方法是根据力学、概率统计方法，利用计算机数据平台技术实现多方法的融合。可分为，基于知识系统及状态参数检测的疲劳寿命评估法、基于有限元技术的疲劳寿命评估法等。基于知识系统及状态参数检测的疲劳寿命评估法，利用人工智能技术，建立升降车在役状态信息知识库，通过光栅、光纤、应变片等传感技术，监测升降车的连续运行状态，获取用于表征其生命周期内的退化信号，通过对比信号处理结果与知识库中的状态信息来预测升降车的疲劳剩余寿命。等以机械产品全寿命周期退化信号数据库为基础，通过信号分析，获取用于反映轴承退化状态的特征量，构建智能退化模型，实现轴承疲劳寿命预测。郑夕健[68]针对塔式升降车的安全性，从系统工程理念与现代综合设计方法相结合的角度，提出基于神经网络的塔式升降车结构有效寿命理论分析法。目前在升降车金属结构焊缝、母材缺口裂纹等监测技术方面以及参数自动获取技术方面还存在一定的困难，若上述困难得以克服，此法的应用前景非常广阔。基于有限元技术的疲劳寿命评估是利用商业化软件（ANSYS-SAFE、MSC.Fatigue、及FE-Fatigue疲劳求解器），进行疲劳寿命分析。利用上述软件分析时，需将真实模型简化为有限元模型，同时应进行假设处理（如约束条件、联接方式等），导致分析结果与实际情况存在较大差异。

    4）疲劳累积损伤理论, 疲劳破坏是连续变化载荷作用下，开始是结构母体材料晶粒间的滑移而丧失抵抗外载荷的能力，继而转变为个别晶粒的撕裂而出现裂纹，逐渐扩展直到断裂。疲劳破坏的本质是损伤累积的结果，整个破坏过程包括：疲劳裂纹萌生、扩展和失稳阶段。几十年来，疲劳累积损伤理论已经从线性累积损伤理论，逐步发展到双线性累积损伤理论、非线性累积损伤理论，其应用领域也在逐渐扩展、计算精度也在不断提高。线性累积损伤理论中最常用的是Palmgren-Miner模型，该模型简化了疲劳机理，计算方便、简单，多用于产品设计寿命估算，但忽略了载荷水平、作用次序的独立性和载荷交互作用的衡算性，使得寿命预测结果的精度较低。双线性累积损伤理论中最常用的是Grover-Manson模型，该模型根据损伤在不同阶段的发展规律，将裂纹的萌生、扩展分开8讨论，但裂纹萌生、扩展阶段中的拐点不易确定，且理论模型无法准确表达裂纹实际的损伤过程。非线性累积损伤理论中最常用的包括Corten-Dolan模型、Marco-Starkey模型和Henry模型。其中，Corten-Dolan模型考虑了多级交变应力的作用，但公式复杂繁琐，损伤核数目难以确定且一些基本假设与基本试验事实不符；Marco-Starkey模型考虑了应力水平和应力先后次序，但与应力水平相关的常数难以确定；Henry模型反映了载荷顺序对疲劳累积损伤的影响，但模型公式较复杂，计算结果的分散性较大。在升降车械领域，针对在役升降车格构式臂架结构的疲劳寿命，从“检测+仿真+对比+统计”的角度，提出基于K型焊缝的应力谱获取方法，利用非线性累积损伤理论，确定焊缝处的疲劳寿命。

     迄今为止，国内外的学者针对不同类型的升降车，提出了多种疲劳寿命评估方法，也体现了各自适用性与优越性。但仍存在以下问题：（1）环境问题：升降车工作环境具有不确定性，因此多种环境因素（如高温、腐蚀等）对其疲劳寿命的影响不可忽视，探讨环境因素对升降车服役寿命的影响需不断深入。（2）载荷问题：升降车工作过程面临多物理场耦合影响且工作载荷在时空上具有复杂性和随机性，因此复杂载荷状态下的寿命评估有待进一步研究。（3）失效机理问题：多失效模式耦合下的疲劳寿命评估方法仍需要不断研究。（4）小样本预测问题：以大样本渐进学习理论为基础的统计学方法，无法解决升降车载荷谱试验样本较少的问题。因此，利用设备状态监测技术以及适合于小样本的人工智能预测技术，开展以小样本载荷谱试验为基础的升降车金属结构疲劳剩余寿命评估是值得今后开展的一项研究内容。

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