不同影响因素下臂架结构疲劳剩余寿命计算结果探讨,  江门江海升降车出租, 江门江海升降车, 江门升降车出租   在载荷谱预测方法及第一主应力-时间历程理论仿真模型的准确性、适用性得以验证的条件下，探讨不同影响因素（初始裂纹长度、载荷谱预测方法、失效模式、疲劳剩余寿命估算理论）对在役升降车臂架结构疲劳剩余寿命的影响。

   1）初始裂纹长度对臂架结构疲劳剩余寿命的影响, 以基于改进相关向量机的预测模型获取的升降车当量载荷谱为基础，结合臂架结构危险点处应力谱的获取方法，采用基于损伤容限-断裂力学的臂架结构疲劳剩余寿命评估方法中的Pairs模型，确定不同初始裂纹长度对该升降车臂架结构危险点处疲劳剩余寿命的影响，Forman模型与Miner理论的分析结果与之类似。随着初始裂纹长度增加，臂架结构的疲劳剩余寿命逐渐减小。初始裂纹长度小于8mm时，随着裂纹长度的增加，臂架结构疲劳剩余寿命减小的速度较快，相比各臂节上翼缘板的危险点而言，腹板处危险点的疲劳剩余寿命减小的幅度较为明显，其裂纹扩展速率较小。其原因为：作业循环中，上翼缘板危险点处的第一主应力大于对应臂节腹板处的计算结果，第一主应力max越大，临界裂纹尺寸la越小，由此可见，腹板处危险点的临界裂纹尺寸大于对应臂节上翼缘板处各危险点的临界裂纹尺寸，其次腹板的应力变程小于上翼缘板处的应力变程。因此，为保证臂架结构的安全性，需严格控制裂纹的初始长度。

    2）载荷谱预测方法对臂架结构疲劳剩余寿命的影响, 以获取的在役升降车的随机载荷谱和当量载荷谱为基础，针对耦合失效模式，利用Pairs模型，确定基于不同载荷谱获取方法（随机载荷谱获取方法、基于改进v-SVR算法的当量载荷谱获取方法和基于改进相关向量机的当量载荷谱获取方法的臂架结构疲劳剩余寿命，探讨不同载荷谱获取方法对臂架结构疲劳剩余寿命的影响度，Forman模型与Miner理论的分析结果与之类似。NfRi指以随机载荷谱为前提条件，计算得到臂架结构危险点处的疲劳剩余寿命；Nfvi指以基于改进v-SVR算法获取的当量载荷谱为前提条件，计算得到臂架结构危险点处的疲劳剩余寿命；NfSi指以改进相关向量机获取的当量载荷谱为前提条件，计算得到臂架结构危险点处的疲劳剩余寿命；δRSi=(NfRi-NfVi)/NfVi×100%，δSVi=(NfSi-NfVi)/NfVi×100%，δRSi=(NfRi-NfSi)/NfSi×100%。 不同载荷谱获取方法对臂架结构疲劳剩余寿命的影响度RSi、VSi、RVi均小于实际工程允许误差10%，因此，无论采取何种载荷获取方法，均可得到相对准确的计算结果。其中，采用改进相关向量机获取当量载荷谱下的臂架结构危险点处疲106劳剩余寿命最小。以此为基准，随机载荷谱对危险点处疲劳剩余寿命的影响度RSi大于7%的危险点的个数（7个）大于基于改进v-SVR算法的当量载荷谱对危险点处疲劳剩余寿命的影响度大于7%的危险点的个数（5个），这是由于随机载荷谱获取方法的拟合精度较好但鲁邦性较差，而其余两种方法的预测精度及鲁邦性相对较好。

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    3）失效模式对臂架结构疲劳剩余寿命的影响,  以臂架结构疲劳剩余寿命的计算结果为基础，探讨单一失效模式及耦合失效模式对臂架结构疲劳剩余寿命的影响，从而确定耦合失效模式对临界裂纹尺寸及疲劳剩余寿命的影响度。δf=|Nfc-Nfs|/Nfc×100%，δf为耦合失效模式对疲劳剩余寿命的影响度，Nfc为耦合失效模式下的疲劳剩余寿命，Nfs为单一失效模式下的疲劳剩余寿命；δc=|alc-als|/alc×100%，δc为耦合失效模式对临界裂纹尺寸的影响度，alc为耦合失效模式下的临界裂纹尺寸，als为单一失效模式下的临界裂纹尺寸。采用三种不同公式及理论（Pairs公式、Forman公式及Miner理论），确定单一失效模式时各危险点的疲劳剩余寿命大于耦合失效模式时计算结果。其中，就臂节No.1而言，耦合失效模式对危险点Point1的临界裂纹尺寸影响度及疲劳剩余寿命影响度均小于对危险点Point2的影响，这是由于危险点Point1和Point2均处于变幅液压缸与臂架筒体铰接截面处，Point2离变幅液压缸托板与筒体多条焊缝汇交处较近。其余各臂节上，耦合失效模式对翼缘板处危险点的临界裂纹尺寸影响度及疲劳剩余寿命影响度大于对应臂节腹板处危险点处的影响度，其原因是上翼缘板处危险点位于本臂节与前一臂节搭接滑块处，滑块承受很大的压应力使得滑块附近翼缘板产生较大的局部屈曲并存在缺口裂纹，此时仅考虑单一失效模式，忽略了耦合失效模式对臂架结构第一主应力或应力水平的影响。由于危险点Point7的失效风险最大，该点的疲劳剩余寿命即为臂架结构的疲劳剩余寿命，所以耦合失效模式对该点疲劳剩余寿命的影响度即为耦合失效模式对臂架结构疲劳剩余寿命的影响度。其中，对于Pairs模型而言，影响度为10.06%，对Forman模型而言的影响度为10.88%，对于Miner理论而言，107影响度为10.13%。由此可见，臂架结构的损伤采用单一失效模式体现时，不能准确反映臂架结构应力水平，从而导致疲劳剩余寿命估算结果与工程实际误差较大。因此，为全面考虑升降车损伤臂架结构的风险性，对臂架结构的疲劳剩余寿命进行快速评估时，应考虑耦合失效模式的影响。

     4）不同疲劳剩余寿命计算公式对评估结果的影响,  以臂架结构疲劳剩余寿命的计算结果为基础，探讨Pairs模型、Forman模型及Miner理论对臂架结构疲劳剩余寿命的影响，从而确定考虑应力比的Forman模型对剩余寿命的影响度.  耦合失效模式（单一失效模式）下，Pairs模型、Forman模型及Miner理论得到各危险点处疲劳剩余寿命计算结果存在较大误差。其中，Pairs模型与Miner理论计算结果的相对误差最大可达10.34%（9.46%），Forman模型与Miner理论计算结果的相对误差最大可达19.33%（15.63%），Forman模型与Pairs模型计算结果的相对误差最大可达8.16%（7.36%）。这是由于Miner理论简化了疲劳机理，不考虑初始裂纹的影响，忽略了载荷水平相关性，载荷作用次序的相关性及载荷交互作用的衡算性，从而导致计算结果偏大；而基于损伤容限-断裂力学的臂架结构疲劳剩余寿命评估法（包括Pairs模型和Forman模型）克服上述缺点的同时考虑了裂纹的扩展，对裂纹扩展机理有较好的物理解释，相比Pairs模型而言，Forman模型考虑应力比R或平均应力对剩余寿命评疲劳寿命计算结果的相对误差.  Sij(Cij)表示单一失效模式（耦合失效模式）下，疲劳剩余寿命评估方法i和j计算结果的相对误差，即Sij=|Nfi–Nfj|/Nfi×100%。其中i，j=1,2,3。‘1’代表Pair模型；‘2’代表Forman模型；‘3’代表Miner理论。危险点S13S23C13C23C21S21108估结果的影响，其计算结果更符合工程实际。

     升降车臂架结构疲劳剩余寿命评估对于其安全性及修复准入期的判断具有重要作用。分析了升降车工作循环过程中载荷的动力效应，构建了单一及耦合失效模式下臂架结构危险截面的当量截面，以当量截面属性反映结构应力水平变化，建立了不同失效模式下考虑载荷动力效应的臂架结构危险点处第一主应力-时间历程理论仿真模型，引入了“采集+统计/预测+实测+理论仿真+对比”的组合策略，结合损伤容限设计和断裂力学理论，提出了基于工作循环载荷动力效应及多失效模式耦合的升降车臂架结构疲劳剩余寿命评估方法。解决了升降车服役过程面临多失效模式耦合而导致臂架结构安全性难以确定的问题，是一种不依赖于疲劳试验周期和破坏试验的快速估算方法，为损伤臂架结构可修复性评估与决策提供门槛条件。

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