起重装备结构件可靠性研究

《起重装备结构件可靠性研究》从起重装备关键结构件的结构、材料、作业工况及自身所受到的复杂载荷入手，结合相关理论，利用多体动力学载荷分析、三维有限元分析、虚拟样机技术、疲劳寿命预估、疲劳可靠性分析以及形质灵敏度优化技术，最后通过试验验证，建立起一个较为完备的起重装备结构件疲劳寿命预估与可靠性研究系统。首先，该书以某起重装备为对象，依据刚柔耦合多体系统传递矩阵法，将起重装备处理为由多个集中质量、刚体及柔性臂按一定方式铰接而成的刚柔耦合多体系统，建立所有元件的传递方程和传递矩阵，并将单个元件的传递方程整合，形成起重装备的刚柔耦合多体系统整体传递方程。在此基础上，建立起重装备系统中所有元件的总体动力学方程，根据系统总体的结构特点，将其整合为多体系统总体动力学方程，并将冲击力学中的冲量模型和碰撞接触模型与多体系统传递矩阵法结合，提出基于传递矩阵法的刚柔耦合多体系统的冲击响应分析方法。通过对传递方程的求解，分析其振动特性，得到起重装备的振动固有频率及其对应的主振型。根据柯西方程推导出系统中的柔性臂在冲击载荷作用下的冲击应力分布公式，分析在起升过程中的起升冲击载荷特点，数值分析该刚柔耦合多体系统的频率响应和冲击响应，并得到柔性臂的冲击应力分布规律。所建立的刚柔耦合多体系统传递矩阵法对多体机械系统具有通用性，所得结果对起重装备的动态优化设计和振动控制等具有参考价值。其次，该书通过对起重装备结构件所受载荷进行研究，结合起重装备结构和作业环境的特殊性，利用ANSYS三维有限元分析技术完成其强度、刚度分析，并获得较为满意的结果，为后续改进设计及检修工作提供非常有价值的参考。在此基础上，基于疲劳寿命预估理论，得到起重装备钢结构件寿命预估模型和材料寿命曲线，从而对钢结构件疲劳寿命进行预估，进而对起重装备结构件的力学性能、强度、设计寿命进行全面分析。该方法可以作为在役起重装备钢结构件疲劳寿命预估的定性评判依据，其计算结果对实际设计或检查工作具有重要的借鉴意义。再次，该书从Miner累积损伤的定义出发，视累积损伤为随机过程、临界损伤为随机变量，基于疲劳动态可靠性理论，提出在预期寿命下起重装备钢结构件寿命可靠性评估方法，对其进行概率分析。明确回答针对63000次循环设计寿命，起重装备钢结构件失效的概率有多大，通过计算分析得出，钢结构件绝大部分区域的可靠度能够保持在较高水平，而局部区域则需要执行定期检修。在获知预期寿命可靠度的基础上，引入形质灵敏度设计，优化零件参数，在不改变结构质量的同时减小变形，进而间接减小应力，提高产品可靠度，避免以往通过增加结构参数的尺寸来减小应力，即通过增加产品的质量来换取可靠性提高的弊端。最后，该书通过对起重装备进行各种试验检测验证，分析试验数据，判断其是否满足规定的设计使用寿命、安全性、可靠性要求。