[发明专利]一种基于裂纹扩展信息的起重设备实时安全运行指标确定方法

权利要求书

1.一种基于裂纹扩展信息的起重设备实时安全运行指标确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.起重设备关键损伤位置的确定

通过材料力学分析或有限元分析的方法确定起重设备在常见工况条件下的最大损伤位置及最大损伤位置附近区域的应力分布状态和形式；

S2.起重设备关键位置实时应力数据的采集

根据S1分析的数据确定需要实时采集应力数据的位置点，并在该位置点加装应力采集传感器，应力采集传感器用于在设备运行过程中，实时采集待测位置的实时应力数据；

S3.损伤根部应力数据的处理与分解

对S2中实时采集的实时应力数据进行处理，排除环境及人为因素造成的影响，确定待测点的应力以及起重设备的实时运动位置，并根据实时位置的自坐标系对测量所得到的应力点进行分解，从而确定固定坐标方向上的应力数据；

S4.实时裂纹扩展长度的求解

根据S3确定的固定坐标方向上的应力数据，结合环境中相关因素所决定的修正参数，对每一时刻点所对应的裂纹萌生及扩展信息进行求解；

S5.最佳剩余过载时间的确定

根据S4的计算结果及材料试样的基本参数，计算设备在额定的损伤规律下，对应于未来工作时刻的最佳剩余过载时间，并通过仪表实时将该数据显示给操作人员，以帮助操作人员了解在既定的工况条件下设备还能够正常工作多长时间；

S6.额定寿命下最佳过载载荷的确定

根据S4的计算结果及材料试样的基本参数，计算设备在额定寿命情况下所能承受的最佳过载载荷的大小，并通过仪表实时将该数据显示给操作人员，以帮助操作人员了解在正常的额定寿命下该设备所能承受多大的过载载荷；

S7.瞬时极限过载载荷的确定

根据S4的计算结果及材料试样的基本参数，计算设备在现有情况下所能承受的单位时间极限过载载荷的大小，并通过仪表实时将该数据显示给操作人员，以帮助操作人员了解在现有的设备损伤情况下该设备在单次加载过程中所能承载的最大载荷。

2.根据权利要求1所述的一种基于裂纹扩展信息的起重设备实时安全运行指标确定方法，其特征在于，所述S4的求解过程如下：

根据实际工况为随机载荷历程的特点，需要实时计算其瞬时应力比，对于一个存在(t_i,σ_i)对应关系的载荷谱来说，其平均应力σ_m可表示为：

其中载荷谱可以表示为σ_i＝f(t_i)，令f(t)＝σ_m，可得对应于平均应力σ_m的时间分量t_q，q＝1,2,3......p；

按照载荷谱上的时间顺序在时间轴上依次选取两个点，则根据载荷谱的循环特性对其进行分段后则形成(t₀,t₂)，(t₂,t₄)，(t₅,t₇)......(t_z-2,t_z)，其中z为载荷谱所对应的最大时间节点位置；

待分段完毕后再按式(2)对应力比进行求解；

在完成上述计算过程的基础上，将计算结果及S3的数据代入裂纹扩展预测算法式(3)来完成结构件剩余寿命的预测；

其中,σ为工作条件下设备关键位置的应力幅值；σ_m为平均应力；σ_μ为材料的屈服强度；Q为积分路径长度，积分方向为裂纹的延长线；L₀为裂纹初始长度；L为裂纹扩展后的长度；N为结构件的工作时间；R为应力场积分路径下的任意点与最大应力位置的距离；m为材料疲劳性能实测曲线的斜率参数，C为材料疲劳性能实测曲线的幅值参数。