基于断裂力学的钢梁整体节点疲劳寿命分析

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基于断裂力学的起重机主梁寿命计算及安全评估

１起重机的一般安全评估顺序
纹的扩展和止裂规律，它认为材料及构件本身就存在缺陷或裂纹，由于疲劳、腐蚀介质、高温或环境等的影响，在构件应力集中处经过一段使用时间形成微小的裂纹。在实际的测试中，初始裂纹尺寸可由无损检测方法来确定或者由在材料制造过程中可能引入的缺陷尺寸来确定，最终的临界尺寸可通过材料的断裂韧性来计算，对给定的材料或结构，其初始裂纹尺寸一般可以认为是一个常数。桥式起重机主梁承受动载荷，内力不断地变化，在工作中由于焊接构件在制造和使用过程中的各种缺陷，极易出现疲劳裂纹。主梁跨中部位的工作应力最大，本文主要研究跨中截面处的裂纹及寿命计算。
基于断裂力学的起重机主梁寿命计算及安全评估
马文
（太原重型机械集团有限公司技术中心，山西太原００２）３０４
摘要：合动、态应力测试，引用断裂力学的相关知识，裂纹失稳后逐步扩展的过程中，算含裂纹起重结静在计机主梁的安全性，进而推算主梁焊接结构的寿命。关键词：起重机；断裂力学；疲劳寿命
２裂纹区的断裂力学计算２１主要部位的裂纹形成．断裂力学方法是在大量实验的基础上研究带裂纹材料的断裂韧性，研究含裂纹的构件在服役条件下裂

基于断裂力学方法的微动疲劳寿命估算

维普资讯
２０年２月０８第３５卷第１期
强度与环境
ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ＆ＥＮＶＩＲｏＮＭＥＮＴＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｆｅ２ｂ．００８、０－５．Ｏ．，１３Ｎ１
基于断裂力学方法的微动疲劳寿命估算
ｐｐｒｈｅｆｔｉｔｏｓｔａｃｌｔｉｔｂｔｏｃｎｃｎａｔｉｔｒａｅｈｉｔｂｔｏｃｎａｅ，ｔｅｋｙｏｓｍｅｈｄｉｏｃｌｕａｅｄｓｉｕｅｆｒｅｏｏｔｃｎｅｆｃ．ＴｅｄｓｒｕｅｆＢｌｉ２４５Ｃｉａ）ａｔｒ，ａ２０，ｈｎ７
ＡｂｓｒａｔＢａｅｒｃｕｅｍｅｈａｉｓｍｅｈｏ，ａｅｔｍａｉｆｔｅｔｎｇｆｔｇｕｉｅｗａｅｅｅｎｔｔｃ：ｓｄｆａｔｒｃｎｃｔｄｓｎｓｉｔｏｎｏｈｅｆｔｉａｉｅｌｆｓｐｒｓｎｔｄｉｈｅｒ
ｈｕｒａｅｕｔｗｅｅｃｍｐｄｗｉａａｙｉｓｌｔｓＩｎｉｔｄｆｏｔｏａｓｎｔａｔｓｔｅｎｍｅｃｌｒｓｌｒｏａｅｔｎｌｔｏｕｉｎ．ｔｓｉｄｃｅｒｍｅｃｍｐｉｏｈｔｉｉｉｓｒｈｃｏｉｈｒｒｌｂｅｂｓｎｏｔｒｅＡＮＳＹＳｔａｃｌｔｈｏｔｃｏｃ．ｒｔｅｐｅｅｔｅａｌ，ｈｉｔｂｔｅｉｌｙｕｉｇｓｆａｗａｏｃｌｕａｅｔｅｃｎａｔｆｒｅＦｏｈｒｓｎｘｍｐｅｔｅｄｓｉｕｅｒｆｒｅｏｏｔｃｔｒａｅｗａａｃｌｔｄａｄｔｅｆｅｔｇｆｔｕｒｃｒｐｇｔｎｌｅｗａｓｉｔｄｔｅｏｃｎｃｎａｔｉｅｆｃｓｃｌｕａｅ，ｎｈｔｎａｉｅｃａｋｐｏａａｉｆｓｅｔｎｒｉｇｏｉｍａｅ，ｈ

材料力学中的断裂和疲劳分析

材料力学中的断裂和疲劳分析在工程领域中，对材料的强度和耐久性进行评估和分析是至关重要的。

而在材料力学中，断裂和疲劳分析是两个重要的研究方向。

本文将从理论和应用两个方面，介绍材料力学中的断裂和疲劳分析。

首先，我们来介绍断裂分析。

断裂是指在外部加载下，材料的破坏。

断裂分析的目的是通过研究材料的断裂机制，预测和防止材料的破坏。

断裂分析的核心是断裂力学，它通过分析应力场、应变场和裂纹尖端处的应力强度因子来揭示裂纹扩展的行为。

在断裂力学中，有两个经典理论被广泛应用：线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学。

线弹性断裂力学适用于处理材料的线弹性阶段，即只存在弹性变形，不发生塑性变形的情况。

而弹塑性断裂力学则适用于材料同时发生弹性和塑性变形的情况。

对于断裂力学的研究，一个重要的参数是断裂韧性。

断裂韧性是描述材料抵抗裂纹成长的能力，通常通过KIC来表示。

KIC是裂纹尖端处单位断裂韧性的衡量指标，一般情况下，KIC越大，材料的抗裂纹扩展能力越强。

断裂韧性的评估对于确保材料的可靠性和耐久性至关重要。

接下来，我们来了解疲劳分析。

疲劳是指在循环加载下，材料经历应力的反复变化而引起的破坏。

疲劳是材料工程中非常常见的一种破坏模式，因此对于疲劳强度的评估和分析也是非常重要的。

疲劳分析的核心是疲劳强度理论。

常见的疲劳强度理论有极限应力理论、极限变形理论和能量理论等。

这些理论通过对应力和应变历程的分析，确定了材料的疲劳强度边界，从而指导工程实践中的材料选择和设计。

除了理论研究，疲劳分析中还有实验方法。

疲劳试验是评估材料疲劳性能的重要手段。

通过在标准试样上施加循环加载，可以测定材料的疲劳寿命和疲劳强度。

这些试验结果可以为工程实践中的疲劳分析提供可靠的参考。

近年来，随着计算机技术的快速发展，有限元分析成为疲劳分析的重要方法之一。

有限元分析可以通过数值计算模拟材料在复杂载荷下的应力和应变分布情况，从而预测材料的疲劳寿命和破坏位置。

这一方法不仅减少了试验成本和时间，还提高了分析的准确性和可靠性。

基于断裂力学的钢丝绳疲劳寿命预测Word版

基于断裂力学的钢丝绳疲劳寿命预测Word版基于断裂力学的钢丝绳疲劳寿命预测作者（单位）摘要：基于缺陷探伤法和断裂力学原理，设计了钢丝绳疲劳寿命的预测系统。

该系统主要包括声发射检测设备、超声波探伤设备、应力应变测量设备和疲劳寿命分析与评估软件，并给出相关结论。

关键词：钢丝绳；疲劳寿命；断裂力学Analysis on Structural Fatigue Working Life of Wire Rope Based on Fracture MechanicsWriter(company)Abstract: A discussion on the method of structural fatigue working life for wire rope with fracture mechanics analysis related to estimation for structural fatigue life. A damage limit calculation method for related system also introduced in this paper.Key words: wire rope; Fatigue life; fracture mechanics0 前言结构疲劳强度分析不仅在航天、航空、造船等尖端工业领域有着十分重要的意义, 对一般机械设备的使用可靠性和使用寿命评估也具有重要作用。

据国外的统计,在机械零件的破坏中有50%～90%为疲劳破坏。

我国目前尚没有对疲劳破坏问题进行过全面调查, 但同类产品的使用寿命往往比发达国家低。

钢丝绳作为机械起重设备传递载荷的关键部件, 在循环往复的交变载荷作用下, 都可能发生裂纹并扩展, 最后导致突然断裂破坏。

正确估算钢丝绳的疲劳寿命, 对起重机械运营安全性、可靠性具有非常重要的意义。

1 结构疲劳寿命分析基本方法疲劳寿命分析主要包括以下 4 种方法:1.1名义应力法以名义应力为基本参数, 以 S—N 曲线为主要计算依据。

带裂纹钢吊车梁剩余疲劳寿命的分析与估算

Ａｂｓｒｃ：ｅｆａｔｒｃｎｃｈｏｙｔａｄｔｈｎｔａｅｅｔｒｒｓｎｅＴｈｉｅｒｅａｔｒｃｕｒｔａｔＴｈｒｃｕｅｍｅｈａｉｓｔｅｒｌｔａｍｉｔｅｉｉｉｌｄｆｃｓｗｅｅｐｅｅｔｄ．ｅｌｎａｌｓｉｆａｔｅ１ｓｃ
ＣＡＯｅ，ＦｉＺＨＡＮＧＬｉ
（ｏａｉａｎｅｈｉｌｏｅｅｏａｉｎＯｅｎＵｉｒｔ，ａａｄａ，ｈｎ１６０）ＶｃｔｎｌｄＴｃｎａｌｇｏａｃＣｌｆＤｌｃａｎｅｉＷｆｎｉｎＣｉａｖｓｙａ１３０
吊车梁是工业建筑中重要的结构构件，因其在生产安装过程中不可避免地会存在边部缺口，拼接焊缝有夹渣、孔等缺陷，较大反复生产荷载的作用下，气在经过一段时间使用后就会出现不同程度的开裂与损伤，以疲劳开裂尤为严重和普遍．由于疲劳破坏是没有明显宏观变形的脆性破坏，往会造成突发性的灾难性事往故，因此，研究钢结构疲劳寿命，以保证工业建筑的安全生产，高钢结构的使用寿命，于发展国民经济具提对有重大的意义．而在目前的管理和检测技术条件下，由于生产条件与环境的限制，吊车梁出现微裂纹时很钢难被发现，一方面即使发现了钢吊车梁上产生的疲劳裂纹，即停产也会带来较大的经济损失．另立因此，研究
带裂纹钢吊车梁结构的剩余疲劳寿命，对吊车梁在使用过程中的管理和维护可起到不可估量的指导作用，能够带来巨大的经济效益．目前我国钢结构的设计规范来讲，就还不能准确评估关于钢结构吊车梁的剩余使用

钢吊车梁的疲劳寿命分析与预测

钢吊车梁的疲劳寿命分析与预测作为制造业大国,中国仍然拥有数量庞大的钢结构工业厂房,并且还在不断新建中。

钢吊车梁作为钢结构厂房中的重要构成部分和承受交变荷载的结构,如果发生疲劳破坏,会带来严重的人身威胁和经济损失。

工业厂房由于其工作的特殊性或者操作人员的限制,在使用运行过程中不能时刻监控钢吊车梁的疲劳裂纹扩展并及时进行处理。

钢吊车梁的疲劳破坏是一个疲劳裂纹萌生和扩展的长期过程,但疲劳破坏的发生又具有突发性,在疲劳裂纹断裂之前往往没有很明显的表观迹象。

故通过疲劳寿命预测来合理规划钢吊车梁的运作和检修维护具有重要的应用价值,也能为钢吊车梁的设计和研究提供一定的参考。

本文介绍了钢吊车梁的基本结构和分类,并分析了钢吊车梁的疲劳破坏机理。

通过Ansys-Workbench软件建立钢吊车梁的有限元模型,模拟吊车在吊车梁上的整个运行过程。

计算分析其应力分布规律、应力-时间历程以及变形及应变分布的规律。

通过分析钢吊车梁的等效应力分布图,可以知道钢吊车梁在整个工作循环中的最大等效应力出现在吊车梁的端部支座处。

本文采用雨流计数法处理钢吊车梁的应力循环分布,可以得到其应力谱,并作为钢吊车梁疲劳寿命预测的基础。

现有的钢结构疲劳寿命的预测方法包括:S-N曲线法、基于损伤力学的线性累积损伤法,基于断裂力学的线弹性断裂力学法和概率断裂力学法,DFR法(细节疲劳额定值法)、以及相关钢结构规程中的预测方法。

本文分别通过这六种方法对钢吊车梁模型进行疲劳寿命预测,从结果上来看,线性累积损伤法和DFR法计算得到的寿命预测值较为符合预期,适合作为钢吊车梁疲劳寿命评估的主要方法。

影响钢吊车梁疲劳寿命的因素有很多,本文主要讨论吊车梁结构形式和加载特点对疲劳寿命的影响。

可以发现如果支座形式采用直角突变型,其疲劳寿命预测值明显要比梯形过渡式、圆弧过渡式和角钢封板式的情况高,说明钢吊车梁采用直角突变型支座能够有效优化其支座处的应力集中,提高其抗疲劳性能。

基于断裂力学的锚拉板疲劳寿命评估

基于断裂力学的锚拉板疲劳寿命评估作者：李立峰唐武唐金良来源：《湖南大学学报·自然科学版》2016年第09期摘要：为研究斜拉桥锚拉板结构的疲劳性能，以一座叠合梁斜拉桥为例，采用最新钢桥规范的疲劳荷载模型加载并按雨流法处理计算了疲劳荷载谱，结合空间实体有限元模型，识别了锚拉板的典型构造细节并获得疲劳应力谱；在典型构造细节处引入初始表面裂纹，计算了裂纹尖端的应力强度因子，回归分析得到应力强度因子与裂纹尺寸的关系式，代入Paris公式积分得到了各典型构造细节的疲劳寿命，从而建立了基于断裂力学的锚拉板疲劳寿命分析方法.研究结果表明：基于断裂力学方法得到的锚拉板疲劳寿命超过了100年，满足设计及使用要求；裂纹初期扩展很慢，当尺寸达到10 mm时，已消耗了60%～80%的疲劳寿命，应及时加以补强.关键词：断裂力学；锚拉板；疲劳寿命；应力强度因子；Paris公式中图分类号：U441.4 文献标识码：A钢斜拉桥结构中，索梁锚固构造是关键受力部位，其种类很多，而锚拉板[1]具有构造简单、安装方便、传力明确等突出优点，近年来得到广泛应用.但由于焊缝多、应力集中，疲劳问题突出，因此合理评估其疲劳寿命具有重要意义[2].目前，钢结构的疲劳寿命评估主要是基于SN曲线和Miner线性累积损伤理论[3]，即对特定的构造细节选取相应类别的SN曲线进行分析.该方法应用广泛，但也存在不足：复杂构造细节无合适的SN曲线对应；实际工程中大部分构件处于带裂纹工作状态，无法采用SN曲线进行分析.对于裂纹如何扩展、结构剩余寿命多少，需要借助断裂力学进行分析[4].目前不少学者正致力于研究断裂力学理论在钢桥疲劳寿命分析中的应用.王元清等[5-6]完成了多个不同试件的紧凑拉伸试验，得到了基于Paris公式的疲劳裂纹扩展性能参数，通过对比有限元结果与试验结果，验证了数值方法分析复合型疲劳裂纹扩展的可靠性.彭鲲等[7]用断裂力学方法研究波形钢腹板组合箱梁的疲劳寿命计算模式，推导了结构的SN曲线.王春生等[8]用断裂力学方法对老龄铆接钢桥剩余寿命和使用安全进行了评估.童乐为等[9]利用断裂力学方法预测了圆钢管混凝土T型焊接节点的疲劳寿命，研究表明断裂力学可较好地预测该结构的疲劳寿命.上述研究推动了断裂力学理论在实际工程中的应用，但是在锚拉板疲劳寿命分析方面的研究还比较少，如何用断裂力学理论对锚拉板疲劳寿命进行合理评估还需要深入研究.本文结合一座叠合梁斜拉桥，建立了全桥三维有限元模型，选用最新钢桥规范中疲劳荷载模型并用雨流计数法处理得到了索力荷载谱；结合锚拉板结构的三维实体有限元分析模型，得到典型构造细节的疲劳应力谱；引入半椭圆形初始表面裂纹，按经典公式得到裂纹尖端的应力强度因子，回归分析得到应力强度因子与裂纹尺寸之间的关系式，再对Paris公式积分，从而获得锚拉板结构的疲劳寿命.1工程概况乌江特大桥是贵州省内的大跨混合体系叠合梁斜拉桥，双塔双索面、半漂浮体系，跨径布置为54 m+71 m+360 m+71 m+54 m，全长610 m.设计行车速度80 km/h，双向六车道，设计荷载为公路I级.索梁锚固结构为锚拉板式，如图1所示.桥宽28 m，边跨为混凝土“π”形主梁，中跨为“上”字形钢主梁结合桥面板的整体断面（图2）；单个主塔布置28对斜拉索，设计索力由2 333.4 kN变化到5 184.5 kN.锚拉板式索梁锚固结构由锚拉板、加劲板、锚筒、锚垫板和装饰圆板等构成.在锚拉板中部开槽，锚筒通过双面单V形焊缝（焊缝1）与两侧槽口相连；斜拉索穿过锚筒锚固在锚垫板上；在两侧焊接加劲板以补偿开槽对锚拉板的削弱，并增强横向刚度和整体性；锚拉板通过双面V形焊缝（焊缝2）与主梁腹板连接.索力通过焊缝1以剪力形式传递至锚拉板，再由焊缝2传递至钢主梁.焊缝2承受竖向、纵向拉应力和剪应力的共同作用，应力状态复杂.锚拉板由工厂整体加工，在施工现场通过焊缝2与钢主梁相连.锚拉板受力复杂，在移动荷载作用下疲劳问题尤为突出，而且对其中部分构造细节的疲劳性能缺乏深入研究.因此本文拟利用断裂力学理论对其疲劳性能进行合理评估，具体的分析步骤如图3所示.2疲劳荷载计算采用桥梁软件Midas建立全桥三维杆系有限元分析模型，斜拉索用空间桁架单元模拟，塔和钢主梁用空间梁单元模拟，塔、墩底约束采用一般支撑约束模拟.全桥共有节点689个；单元570个，其中桁架单元112个，梁单元458个，如图4所示.全桥计算结果表明：活载作用下中跨尾索的索力幅最大，其对应锚拉板的受力最具有代表性.求得中跨尾索各个车道的索力影响线，图5为近侧慢车道（车道1）索力影响线.锚拉板的疲劳荷载即为活载引起的斜拉索索力幅.根据文献[10]，偏安全地选取疲劳荷载模型I进行索力幅的计算.疲劳荷载模型I是将文献[10]中的公路I级的车道荷载进行折减，即集中力为P=0.7×360=252 kN，均布荷载为q=0.3×10.5=3.15 kN/m.将折减后的车道荷载按索力影响线加载，采用雨流计数法处理，获得各个车道产生的索力幅如表1所示.ΔF=0.55×385.88=212.2 kN. （1）荷载循环次数可偏安全地考虑为：疲劳车队以设计车速80 km/h通过桥梁，则每年荷载循环次数为：365×240.61/80=1.15百万次. （2）3典型细节应力脉分析锚拉板焊缝较多，若对每处构造细节进行疲劳寿命分析，工作量巨大也不经济.研究表明，疲劳破坏起源于高应力或高应变的局部[11].因此，首先要识别最可能出现疲劳破坏、且一旦出现破坏将直接导致锚拉板无法继续承载的典型构造细节.参照桥梁实际情况，利用有限元软件ANSYS建立锚拉板结构精细空间有限元模型：以拉索锚固点为中心，往两侧各取6 m，横向选取半桥宽；锚拉板及主梁用四节点三维空间板壳单元Shell181，桥面板采用Solid45实体单元建立，主梁纵向两端约束全部位移，横向施加对称约束；索力以面荷载形式施加在锚垫板，如图6所示.结合锚拉板空间应力分析结果（图7），选取典型构造细节如下：a）锚拉板与锚筒间的双面单V形焊缝下端，由于几何形状的突变而导致明显的应力集中.此外，由于该处空间较小，在斜拉索安装等过程容易产生各种初始缺陷，成为“裂纹源”.因此取A，B点为本文分析的典型构造细节之一.b）锚拉板与腹板间的双面V形焊缝两端的C，D点由于截面形状的突变，也存在一定程度的应力集中现象，而且焊缝两端板厚相差较大（锚拉板50 mm，腹板30 mm），导致力线分布不均匀，当存在焊接初始缺陷时，很容易出现疲劳破坏，因此选取C，D点作为典型构造细节进行分析.在前文求得的疲劳荷载和最不利索力作用下，各典型构造细节的应力如表2所示.4初始裂纹尺寸对于典型焊接细节，最常见的初始裂纹是半椭圆形的表面裂纹，一般出现在焊趾处.初始裂纹尺寸可通过超声波探测、磁粉探测、X光探测等无损检测方法获得.每种方法均有各自的检测界限，通常不会小于1 mm.但对于新建桥梁初始裂纹往往很小，无法通过上述方法获得.根据文献[7]，钢桥的焊接构造细节处会存在0.02～0.2 mm大小的初始缺陷，因此偏安全地取初始裂纹深度a0=0.2 mm.5临界裂纹尺寸临界裂纹是指构件发生破坏或不能继续承载时的裂纹尺寸.工程上临界裂纹的确定方法通常有K准则和适合承载准则.使用K准则时，临界裂纹尺寸与材料的断裂韧性相关，根据文献[11]，其表达式为：ac1=1π（KICfσ）2.（3）式中：KIC是材料断裂韧性，通过试验获得；f是与构件几何和裂纹形状相关的修正系数，可由《应力强度因子手册》[12]查得；σ为循环应力，见表2.适合承载准则是指在满足正常使用要求下，根据构件的实际形状选择一个确定尺寸作为临界裂纹尺寸.对于上述焊接细节，当裂纹深度达到板厚时，即可认为构件已发生破坏，因此取为板件厚度ac2.最终确定的临界裂纹尺寸为：ac=min （ac1，ac2）.（4）6疲劳寿命预估6.1疲劳寿命裂纹的扩展速率可用da/dNΔK曲线来描述，如图8所示.图中ΔKth为门槛应力强度因子幅值，是裂纹是否扩展的控制参数.对于焊接细节，由于焊接残余拉应力很高，导致ΔKth很小，这里偏安全地取为零.2区为裂纹稳定扩展区，是疲劳寿命的重要组成部分.对于该阶段疲劳寿命的计算，工程上应用最广泛的是Paris公式：da/dN=C（ΔK）m.（5）式中：C，m为裂纹扩展性能的基本参数，根据文献[6]，取C=1.58×10-11（m/周），m=2.67；ΔK为应力强度因子幅值，是裂纹扩展的主要控制参量.ΔK可按式（6）进行计算[13]：ΔK=f（a）Δσπa=fefsftfgΔσπa. （6）式中：fe，fs，ft，fg分别为裂纹形状、自由表面、有限板厚、应力集中修正系数，按下式计算[14]：fe=1/∫π/20（1-c2-a2c2sin 2θ）0.5dθfs=1.211-0.186c/aft=[1-0.025（a/t）2+0.06（a/t）4]sec （πa/2t）fg=ν（a/t）ων=0.808 6-0.155 4（h/t）+0.042 9（h/t）2+0.078 4（h/t）tgθω=-0.019 9-0.183 9（h/t）+0.049 5（h/t）2+0.081 5（h/t）tgθ（7）式中：a，c分别为裂纹深度和半长度，且a/c=0.1；t为板厚，h，θ分别为焊缝高度和角度.计算得到各典型细节的ΔK如图9所示.从图9可以看出，典型构造细节应力强度因子的数值随着裂纹尺寸的增大而增大，且增大速率越来越快，这是因为裂纹尺寸越大，材料净截面积越小，裂纹扩展所受约束越小，越有利于裂纹的扩展.各构造细节的疲劳寿命可按式（8）计算：N=∫aca01C（ΔK）mda（8）由式（7）可知f（a）的取值与裂纹尺寸有关，因此为计算式（8），先回归分析得到ΔK 与裂纹尺寸a之间的关系式，代入式（8）即可得到各典型细节的疲劳寿命，计算结果见表3.6.2损伤容限设计损伤容限设计是20世纪70年代发展并被大量使用的抗疲劳设计方法.该方法的思路是：假定构件存在初始裂纹，用断裂力学方法对其剩余疲劳寿命和裂纹扩展速率进行评估，建立完善的检测方案，当裂纹尺寸达到预期尺寸时，对构件加以维修或更换，以保证结构的安全.设计原理如图10所示.图11为各构造细节对应的裂纹扩展曲线，从图可看出，使用初期裂纹扩展很慢，构件大部分疲劳寿命消耗在此阶段，当裂纹尺寸达到10 mm时，各构造细节已消耗了疲劳寿命的61.2%～79.3%.因此在进行损伤容限设计时，可预设裂纹尺寸为10 mm，当检查到裂纹达到10 mm时，及时对锚拉板加以维修或更换.7结论1）对于锚拉板结构，其锚筒与锚拉板的双面单V形焊缝以及锚拉板与主梁焊缝是重要承载焊缝，焊缝端点处由于几何形状的突变存在严重应力集中现象，是疲劳评估中的关键构造细节.2）建立了基于断裂力学的锚拉板疲劳寿命分析方法，得到锚拉板各典型细节的疲劳寿命均超过100年，说明锚拉板具有很好的抗疲劳性能，可在今后的设计中加以推广.3）锚拉板裂纹初期的扩展速率很慢；当出现肉眼可见的裂纹时（如10 mm），已消耗了60%以上的疲劳寿命，基于损伤容限设计，取10 mm为裂纹维修点.本文采用经典公式来计算应力强度因子，如何建立三维实体断裂力学模型、用有限元方法计算应力强度因子有待进一步研究.参考文献[1]李小珍，蔡婧.大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构型式的比较研究[J].土木工程学报，2004，37（3）：73-79.LI Xiaozhen， CAI Jing， Study on models of cablegirder anchorage for longspan cablestayed bridges with steel box girder[J].China Civil Engineering Journal，2004，37（3）：73-79.（In Chinese）[2]满洪高.大跨度钢斜拉桥索梁锚固结构试验研究[D].成都：西南交通大学土木工程学院，2007：1-2.MAN Honggao.Experimental studies on cablegirder anchorage for longspan 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基于裂纹扩展的疲劳寿命预测及在起重机金属结构中应用

基于裂纹扩展的疲劳寿命预测及在起重机金属结构中应用起重机作为国民经济建设中不可或缺的重要设备而广泛使用,在工厂车间、施工工地、港口、货场等频繁的工况载荷下,疲劳导致起重机金属结构失效问题逐渐突显。

随着起重机向着大型化、轻柔化的方向发展,高强度结构钢的使用也更为广泛。

实验研究表明高强度钢的屈服应力和极限应力相对普通结构钢有大幅度的提高,而载荷多变带来疲劳对起重机结构造成的影响大为加剧,人们在关注结构刚度、强度、稳定性的同时,对疲劳性能的研究却相对较少。

为保证起重机可靠的工作,不仅需要对强度、刚度和稳定性进行分析,还需要对起重机的疲劳损伤分析和剩余寿命进行分析预测。

本文以起重机结构疲劳为研究对象,基于扩展有限元理论给出裂纹尖端应力强度因子的求解方法,研究影响裂纹扩展速率的因素,探讨起重机金属结构疲劳寿命预测中需要明确的要素,得出相应的求解方法和策略,并对起重机典型疲劳结构进行裂纹扩展路径模拟和考虑载荷次序用功率谱函数进行起重机疲劳寿命预测。

应力强度因子是基于断裂力学进行疲劳寿命预测的重要参量之一,常规有限元法通过在裂纹尖端布置裂尖奇异单元,即四分之一节点单元而得到相应的数值解。

但是随着裂纹的扩展,常规有限元方法的网格必须随着裂纹边界的变化重新进行划分,且裂纹的扩展必须沿着网格边界,使得常规有限元在处理裂纹等不连续问题时显得低效。

扩展有限元法通过添加额外的节点自由度,网格划分不随边界的变化,可以很好的处理不连续的问题。

本文提出改进的水平集方法对裂纹界面进行识别和跟踪,结合扩展有限元法对裂纹尖端的应力位移场进行数值求解,并用M积分对复合型裂纹进行解耦。

虽然扩展有限元法在Abaqus中进行了集成,但采用的补充函数等仍然存在一些不足,本文编写扩展有限元程序对裂纹结构进行数值计算并求取裂尖应力强度因子为后续研究奠定基础。

为对起重机进行疲劳寿命预测,须先建立疲劳裂纹扩展速率的模型。

经典裂纹扩展速率Paris公式中的参数在不同应力比工况下需用大量的实验进行求取,为此本文提出一种新的考虑应力比影响裂纹扩展速率的模型,针对起重机中最常用的各种材料的试验数据进行验证,鉴于起重机频繁起制动造成反复冲击载荷的恶劣工作环境,本文研究冲击过载对裂纹扩展速率的影响,并用Wheeler模型描述起重机常用材料受单一超载的影响,给出相应的Wheeler模型参数,供起重机行业寿命预测使用。

基于断裂力学的钢桥疲劳裂纹扩展与寿命评估方法研究共3篇

基于断裂力学的钢桥疲劳裂纹扩展与寿命评估方法研究共3篇基于断裂力学的钢桥疲劳裂纹扩展与寿命评估方法研究1基于断裂力学的钢桥疲劳裂纹扩展与寿命评估方法研究随着现代城市化建设的发展，桥梁成为城市交通建设的重要组成部分，同时也是城市重要设施的代表。

其中，钢桥因其良好的经济性、可靠性和耐久性等优点而受到广泛应用。

但是，由于长期使用中的疲劳和氧化会导致钢桥出现裂纹和损伤，这会影响其结构安全性和服务寿命，严重时甚至会导致桥梁崩塌，给城市交通建设带来严重影响。

因此，如何确定钢桥的寿命，预测桥梁损伤发生的时间和位置是工程施工和维护过程中需要重点关注的问题。

近年来，研究人员通过应用断裂力学原理，结合数值模拟和实验检测等手段，开展了一系列钢桥疲劳裂纹扩展与寿命评估方法的研究工作，取得了一定的成果。

首先，基于断裂力学原理，可以通过评估材料的裂纹扩展生命和掌握裂纹扩展的特征和机制，为设计和维护工程提供基础数据。

在研究过程中，研究人员通过实验检测获得了钢材疲劳裂纹扩展数据，利用统计技术对数据进行分析，得出了裂纹扩展生命的概率分布函数。

同时，基于复合材料的强度设计原理，开发了基于扭曲裂纹能量的疲劳损伤模型，定量评估了钢材材料的疲劳寿命。

其次，钢桥疲劳裂纹扩展的特征和机制对寿命评估具有重要影响。

研究人员通过数值模拟分析了钢桥疲劳裂纹的扩展特征和可重复性，并建立了疲劳损伤演化方程。

通过分析裂纹扩展的机制和特征，提出了基于断裂力学的疲劳寿命评估方法，对减少钢桥疲劳裂纹扩展造成的损伤具有重要意义。

最后，针对钢桥疲劳裂纹的修补和维护，增强桥梁的结构安全性，需要研究大型工程的破坏性能。

研究人员通过应用断裂力学的基本理论研究了钢桥疲劳裂纹的扩展特征和破坏形态，并建立了疲劳裂纹路径分析和材料参数界面理论。

研究结果可以为工程师提供更有效的修复和维护策略，确保桥梁的安全性和长期使用寿命。

总之，基于断裂力学的钢桥疲劳裂纹扩展与寿命评估方法的研究对于确保钢桥的安全性和寿命评估具有重要意义。

基于断裂力学城市钢桥面板疲劳寿命分析

基于断裂力学的城市钢桥面板疲劳寿命分析*摘要：正交异性钢桥面板承受着车辆动荷载的反复作用，容易造成疲劳累计损伤，导致钢桥面板出现疲劳开裂现象。

为研究某城市桥梁钢桥面板的疲劳寿命，建立钢桥面板有限元模型，选取钢桥面板4种典型疲劳细节，根据实测所得到的城市车辆荷载频值谱，计算得到相应的应力历程和应力谱。

基于线弹性断裂力学理论，对这4种疲劳细节进行疲劳寿命分析，结果表明：在桥梁设计基准期内钢桥面板不会发生疲劳破坏。

关键词：正交异性钢桥面板；城市桥梁；车辆荷载；断裂力学；疲劳寿命分析钢桥具有自重轻、强度高、施工快、造型优美等特点，受到了桥梁设计者的青睐[1]。

由于其各组成板件的连接需要大量的焊接，从而产生焊接缺陷以及残余应力，在车辆动载的反复作用下，钢桥面板易出现疲劳开裂现象，这种现象已在英国、德国、法国等钢桥面板应用较早国家的许多实桥中出现[2]。

钢桥面板疲劳寿命的评估问题是桥梁工程领域的热点研究课题。

对钢桥面板进行疲劳寿命评估主要有基于S - N曲线法和基于线弹性断裂力学(LEFM)法这两种方法[3]。

基于S - N曲线法中未考虑桥梁结构的构件的初始裂纹，以及运营阶段在荷载作用下裂纹的扩展，这不符合实际情况，在计算过程中存在相应的误差[4]。

而采用LEFM法能较好地解决这个问题，经过实测或假定构造的初始裂纹，预测裂纹的扩展速率，进而得到桥梁的疲劳寿命。

本文以某城市钢桥为例，采用经调查的城市道路车辆荷载频值谱，应用LEFM法对钢桥面板进行疲劳寿命评估。

该成果可为城市桥梁疲劳寿命分析提供参考。

1 疲劳裂纹扩展模型结构疲劳破坏的过程可以分为两个阶段：第一阶段为疲劳裂纹的形成，但在实际工程中由于钢桥本身的初始缺陷及残余应力等原因，这个阶段的寿命基本上为零；第二阶段为疲劳裂纹的扩展，在进行疲劳寿命分析时主要是要确定裂纹扩展速率da/dN与相关参数之间的关系[5](a为裂纹长度；N为循环次数)。

通过大量的试验表明，裂纹扩展速率da/dN与应力强度因子幅度ΔK在对数坐标中的关系曲线如图1所示。

基于断裂力学的起重机焊接箱形梁疲劳寿命估算

Ｏ前言
在现代工业生产和经济建设中，起重机械起
重机械事故也在逐年上升，近年已经达到１％左５
右。起重机械因疲劳而造成的事故往往是灾难性的Ｊ。特别是在北方低温环境和冲击载荷的共同
作用下，情况更为严重。起重机械的安全问题
Байду номын сангаас
ＡｂｔａｔＴｅｆｔｕｅｔｃｉｎｃｕｅｙｒｎｏｌａＳｏｅｏｅｍａｎｄｓｕｔｎｆｒｆｔｅｃａｅｗｌｓｒｃ：ｈｉｅｄｓｒｔａｓｄｂａｄｍｄｉｎｆｔｉｅｔｃｉｏｍｓｏｒｎｅ — ａｇｕｏｃｈｒｏｈｄｄｂｘｇｒｅ．Ｔｅｖｌｅｆｔｅｖｒｕａｉｕａａｔｒｆｗｅｄｄｂｘｇｒｅｓｏｖｒｅｄａｄｇｎｒｒｅｏｉｒｈａｕｓｏａｉｓｆｔｅｐｒｍｅｅｓｏｌｅｏｉｒｎｏｅｈａｎａｔａｅｄｈｏｇｄｙｓｍｍａｉｅｎｔｉａｅｎｔｅｂｓｓｏｒｖｏｓｔｓａａａｄｒｓａｃｃｉｖｍｅｔ．Ｔｅｅｕｖｌｎｒｃｓ — ｕｒｚｄｉｈｓｐｐｒｏｈａｉｆｐｅｉｕｅｔｔｎｅｅｒｈａｈｅｅｎｓｈｑｉａｅｔｐｏｅｓｄｉｇｆｒｒｎｏｌａｓｐｒｏｅｉＭＳｍｅｈｄａｄａｗｙｔｓｉｔｅｆｔｕｒｃｘｅｓｏｆｈｅ — ｎｏａｄｍｏｄｉｅｆｍａｄｗｔＲｔｏｎａｏｅｔｈｍａｅｔａｉｅｃａｋｅｔｎｉｎｏｅｗｌｈｇｔ

钢管混凝土管节点疲劳裂纹寿命预测分析

文献标志码:Ａ
文章编号:１６７２－４０１１(２０１８)１０－００５２－０４
ＤＯＩ:１０�� ３９６９ / ｊ�� ｉｓｓｎ�� １６７２－４０１１�� ２０１８�� １０�� ０２８
０前言
因在工程实践中ꎬ钢管混凝土桥梁设计理论和标准并不统一和规范ꎮ 没有明确的交通部部标准尤其是没有针对钢管混凝土的钢管疲劳计算及设计标准ꎮ 导致对钢管混凝土结构疲劳计算没有达成统一的认识ꎮ 因此ꎬ本文以疲劳试验模型设计为ＤＹ型节点的三角形的３套平面管桁架为基础ꎬ 试验模型所用钢材与实桥相同ꎬ其杆件的断面形式、节点构造及轴线交角均与实桥相近ꎬ并按标准化进行处理 [１－３] ꎮ
πα
(２)
式中ꎬσ 是管道裂纹等效应ꎻα 是半椭圆表面裂纹的最
大深度ꎮ
Ｆ
＝
１. １
＋５. ２
×
５ａ
(０. ５) ｃ
×
(
ａｔ
) １.
８＋
ａｃ
当
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( ) ( ) Ｆ
＝１. １－０. ２３ ×
ａｔ
＋１０. ５５ ×
ａ
２
－２１. ７１ ×
ｔ
ａ３ｔ
( ) ＋３０. ３８ ×
收稿日期:２０１８－０４－１５作者简介:蒲翔(１９９１－ ) ꎬ男ꎬ四川自贡人ꎬ在读硕士研究生ꎬ主要研究方向:桥梁结构设计和钢管混凝土结构疲劳寿命分析ꎮ
��５２��
察１３ × １０－７ｃｍ / 次ꎬ而在高振幅下１３ × １０－２ｃｍ / 次ꎮ 计算产
生裂纹的物体剩余寿命是研究

机械工程中的断裂力学与疲劳寿命研究

机械工程中的断裂力学与疲劳寿命研究引言：机械工程是一门涉及设计、制造和维修各种机械设备的学科。

在机械工程中，断裂力学与疲劳寿命研究是关键的领域之一。

断裂力学是研究材料在受外部力作用下发生破坏的原理和方法，而疲劳寿命研究则关注材料在长期循环载荷作用下的破坏问题。

本文将介绍断裂力学和疲劳寿命研究在机械工程中的重要性及其应用。

一、断裂力学的研究断裂力学研究的核心是破坏力学和断裂力学理论。

破坏力学研究物体在受到外力作用下破坏的规律和特点，而断裂力学研究材料的破坏形式和破坏理论。

机械工程师需要了解不同材料在不同应力条件下的破坏模式，以便设计出耐用而安全的结构。

断裂力学主要研究断裂韧性和断裂强度。

韧性是指材料在受到应力时能够抵抗破坏的能力。

材料的韧性越高，其抵抗破坏的能力就越强。

然而，韧性并不代表材料的强度。

断裂强度是指材料承受应力时最终发生破坏的最大应力值。

断裂强度取决于材料的化学成分和微观结构，对于机械工程师而言，了解材料的断裂强度是设计强度合理的结构和零部件的重要依据。

二、疲劳寿命研究的意义疲劳是指材料在交替载荷或振动下重复应力的作用下引起的结构或材料的损坏。

疲劳往往是由于应力集中、缺陷或材料的劣化引起的断裂。

在机械设备中，常常会遇到长期受到交替载荷作用的部件，如发动机曲轴、支撑结构等。

了解材料的疲劳性能和疲劳寿命可以确保这些部件的安全使用。

疲劳寿命则是指材料在循环载荷下能够承受的循环次数。

对于某些关键部件，如航空航天器和汽车发动机等，其疲劳寿命的研究尤为重要。

通过研究材料的疲劳寿命，我们可以预测在特定载荷下部件的寿命，从而制定相应的维护和更换计划，以确保设备安全运行。

三、断裂力学和疲劳研究的应用断裂力学和疲劳寿命研究在机械工程中有广泛的应用。

考虑到不同材料的机械性能和工作环境的变化，机械工程师需要做出合理的材料选择和设计。

在设计过程中，断裂力学和疲劳寿命研究可以提供关键的指导。

首先，断裂力学和疲劳寿命研究有助于指导材料的选择。

金属材料断裂力学与疲劳寿命评估

金属材料断裂力学与疲劳寿命评估金属材料在工程领域中扮演着重要的角色，然而在使用过程中，常常会面临断裂问题以及疲劳寿命限制。

因此，了解金属材料的断裂力学和疲劳寿命评估是非常重要的。

本文将从理论和实践两个方面探讨金属材料的断裂力学和疲劳寿命评估。

一、断裂力学断裂力学是研究材料在外力作用下发生突然破裂的学科。

在实际工程中，通过断裂力学的研究可以预测金属材料在不同应力条件下的破裂行为，为工程设计提供指导。

1. 断裂模式金属材料的断裂模式可以分为静态断裂和疲劳断裂两种。

静态断裂是指金属材料在单次或瞬时加载下发生的破裂，常见的断裂模式有拉伸断裂、剪切断裂等。

而疲劳断裂则是指金属材料在长期循环加载下发生的破裂，通常出现在周期应力小于其单次强度的情况下。

2. 断裂韧性断裂韧性是衡量金属材料抵抗断裂的能力。

高韧性意味着材料在受到应力破坏时能够吸收较多的能量，从而延缓破裂的发生。

通过断裂韧性的测试，可以评估金属材料的断裂特性，为工程设计提供参考。

3. 断裂力学模型在断裂力学研究中，通常使用了多种力学模型来描述材料的破裂行为。

其中，最常用的模型是线弹性断裂力学模型和韧性断裂力学模型。

线弹性断裂力学模型通常适用于瞬时加载情况下的断裂分析，而韧性断裂力学模型则更适用于疲劳断裂的研究。

二、疲劳寿命评估金属材料在长期循环加载下容易发生疲劳破坏，因此评估金属材料的疲劳寿命是确保工程结构安全可靠的前提。

1. 疲劳曲线疲劳曲线描述了金属材料在循环加载下的寿命曲线。

常见的疲劳曲线包括S-N曲线和e-N曲线。

S-N曲线表示了应力幅与疲劳寿命的关系，对于一些长期稳定的金属材料来说，该曲线呈现出一个标准的倒数曲线趋势。

而e-N曲线则是描述应变幅与疲劳寿命的关系。

2. 疲劳寿命预测根据金属材料的疲劳曲线以及实际工程中的应力加载条件，可以通过疲劳寿命预测模型来评估金属材料的疲劳寿命。

常用的预测模型包括线性寿命模型、风险寿命模型等。

这些模型基于统计学和概率论，将材料的载荷、强度、寿命等因素进行分析，给出可靠的疲劳寿命评估。

机械工程中的断裂力学与疲劳寿命研究

机械工程中的断裂力学与疲劳寿命研究引言：机械工程是研究材料力学及其应用原理的一门学科，其在现代工业生产中发挥着重要的作用。

在机械零件的设计与制造中，断裂力学与疲劳寿命研究的应用十分关键。

本文将探讨断裂力学、疲劳寿命以及其在机械工程中的重要性和应用。

一、断裂力学断裂力学是研究材料在外力作用下发生破裂的力学学科。

在机械工程中，我们经常需要对材料或零件进行断裂强度分析，以确保其可靠性和安全性。

断裂力学主要考虑以下因素：应力集中、裂纹尖端、裂纹扩展速率等。

1. 断裂强度断裂强度是材料抵抗断裂的能力，通常用抗拉强度或弯曲强度来表示。

材料的抗拉强度是指在拉伸试验中抗拉断的最大应力值。

断裂强度是机械设计中重要的参数，它决定了零件的可靠性和安全性。

2. 应力集中应力集中是机械零件中常见的现象，当外力作用于零件上时，由于部分区域的几何形状和应力分布不均匀，会导致应力集中现象。

这种集中的应力容易引起裂纹的产生和扩展，从而影响零件的断裂强度。

3. 裂纹尖端裂纹尖端的形态和尖端应力场是断裂力学研究的重要内容之一。

裂纹尖端的尖锐程度决定了应力集中程度和应力分布，尖端应力场会影响裂纹的扩展速率和路径。

4. 裂纹扩展速率裂纹扩展速率是指裂纹边缘的扩展速度，它与裂纹尺寸、载荷大小和材料性能等因素相关。

了解裂纹扩展速率能够预测材料在外力作用下的寿命，并采取相应的措施延长其使用寿命。

二、疲劳寿命研究疲劳寿命是指材料或零件在交变载荷作用下发生破坏之前所经历的循环次数。

疲劳破坏是机械工程中的常见问题，尤其在高强度、高负荷条件下更容易发生。

了解疲劳寿命并提高零件的疲劳寿命对于机械工程的可靠性和耐久性至关重要。

1. 疲劳振动应力疲劳破坏与材料在交变载荷下产生的振动应力有关。

在机械工程中，我们需要通过疲劳试验和有限元分析等方法来研究疲劳振动应力，以便预测零件的疲劳寿命和设计合理的结构。

2. S-N曲线S-N曲线是描述材料疲劳寿命的重要工具。

材料疲劳断裂机制与寿命分析

材料疲劳断裂机制与寿命分析疲劳断裂是材料工程中一类常见的失效模式，广泛应用于航空航天、汽车制造、桥梁建设等领域。

在工程实践中，对材料的疲劳性能进行准确的分析和预测，对于可靠性设计和寿命评估至关重要。

本文将探讨材料疲劳断裂的机制以及寿命分析的方法与应用。

疲劳断裂是由于材料在循环加载（应力循环）下出现的疲劳损伤而导致的裂纹扩展和断裂。

材料的疲劳断裂机制主要包括以下几个方面：应力集中、微观缺陷、裂纹萌生和裂纹扩展。

首先，应力集中是导致材料疲劳断裂的重要因素之一。

当材料受到间断或不均匀的应力加载时，强度较高的区域会吸引大量应力，从而形成应力集中。

这些应力集中区域是断裂的起始点。

其次，材料内部的微观缺陷也会导致疲劳断裂。

包括夹杂物、晶粒界、金属的化学组成和内部缺陷等。

这些微观缺陷在应力加载下会承受更高的应力，从而加速裂纹的扩展。

再次，裂纹的萌生是疲劳断裂的关键环节。

裂纹的萌生需要满足一定的条件，例如应力集中区域附近的最大应力达到了材料的容限。

最后，裂纹的扩展是导致材料断裂的最后一步。

裂纹在应力加载下逐渐扩展并最终导致材料失效。

对于材料的寿命分析，主要有两种方法：基于应力水平和基于循环次数。

基于应力水平的寿命分析方法是通过建立材料应力状态和应力幅值之间的关系，预测材料在特定应力水平下的寿命。

该方法适用于受到固定应力加载的材料。

通过应力-应变曲线和裂纹扩展速率曲线，可以建立材料寿命模型，从而预测其寿命。

另一种方法是基于循环次数的寿命分析。

该方法通过建立材料的循环应力幅值和循环次数之间的关系，来预测材料在一定循环次数下的寿命。

这种方法适用于受到循环加载的材料。

循环应力和循环次数之间的关系可以通过疲劳试验数据进行拟合，得到一个拟合方程，从而预测材料的寿命。

疲劳寿命分析在工程实践中具有广泛的应用。

通过对材料的疲劳寿命进行分析和预测，可以帮助工程师设计更加可靠的结构和部件。

例如，在航空航天领域，航空发动机内部的材料必须能够承受高强度的振动和循环加载，因此对其疲劳寿命的分析和预测是至关重要的。

探讨基于裂纹扩展的疲劳寿命预测

探讨基于裂纹扩展的疲劳寿命预测随着大型化、轻柔化的起重机运用趋势的发展，高强度钢的使用更为广泛，在裂纹扩展疲劳寿命领域上的更深入研究，才能确保起重机的金属结构在相关领域的应用中有更多的价值体现。

1 基于线弹性断裂力学（LEFM）的疲劳寿命方法采用科学的方法對其使用寿命进行准确的评估与预测，才能在保障安全的情况下最大程度地发挥使用价值。

但目前我国对有关起重机疲劳寿命知识的研究还不够多，在对其相关的要素进行结合分析以后再次进行预测：线弹性断裂力学疲劳寿命分析裂纹扩展速度的对应公式是，a表示裂纹长度，K表示应力强度因子，J为积分，G为能量释放率，根据以上公式可以对疲劳寿命进行预测。

由这个公式可以看出，寿命预测需要明确积分的上下线，也就是ai与af，而扩展速度模型f通常是未知的，进行寿命的预测时必须结合数值的解法得到一系列的 f 离散值，因此针对对应的f值做如何的计算以及积分，这些问题的解决都与寿命预测效率精度计算相关。

2 Kriging代理模型下的起重机疲劳寿命预测方法2.1 Kriging算法起源及算法公式Kriging算法最早是由南非矿业工程师D.G.Krige在其创作的论文中进行计算的一种方法，如果采用估算的方式得出结果，那么其结果基本上没有较大的偏差，所以才能较为准确地反映空间变量的情况，最终获取估算的精度，这种方式更适合使用在地理学或地质学等相应的工作上。

Kringing代理模型根据已知样本数据点用一个简单的估计模型y*（x）近似，表示为y（x）=y*（x）+ε（x），其中，x=[x1、x2……xi]为已知样本向量，ε（x）为近似与随机误差。

Kriging模型在其中的应用，如果对应的是样本点，那么结果不会产生较大偏差，在后续计算过程中还可估算方差，同时对积分步长进行调节，于是得到预期的精度。

2.2 Kriging代理模型在疲劳寿命控制微分中的应用表示疲劳裂纹扩展速率的常微分方程为f（a，K，J，G…），进行寿命的预测时，因为f（a，N，K）中应力强度因子作为裂纹长度a和复杂几何形状函数，如果采用解析表达式进行计算反而不容易，而上述关于疲劳寿命控制微分求解较难，且针对任何一个实际的结构，参量应力强度因子（SIF）只能对当前时刻的某一裂纹长度采用XFEM模型进行求解得到很多离散的SIF值。

基于断裂力学的工程起重机疲劳寿命评估

基于断裂力学的工程起重机疲劳寿命评估摘要：随着社会经济的快速发展，工程起重机的工作强度越来越繁重，工程起重机设备在长时间使用造成结构失效导致安全事故的频繁发生，因此工程机械的安全性能问题受到了越来越多的关注，工程机械的最初设计阶段，只是重视结构的强度和刚度问题，由于工程起重机的使用情况和寿命影响因素较为复杂，因此对于工程起重机设备的疲劳寿命评估是一项非常重要的研究内容，加强工程起重机疲劳寿命评估对于起重机的应用具有重要意义。

关键词：工程起重机；断裂力学；疲劳寿命工程起重机在长时间的使用过程中，可能会发生机械疲劳现象的出现，通过目前现有的疲劳寿命估算法，对工程起重机的寿命进行评估，了解工程起重机的结构特点以及结构疲劳破坏的影响因素，利用断裂力学理论，对起重机的疲劳寿命评估进行分析，找出发生疲劳损坏的关键部位，并提出相应的改进措施，有利于增加工程起重机的使用效率。

1工程起重机简介工程起重机在建设施工过程中有着非常重要的作用。

工程起重机的应用能够有效提高工作效率，减少工人的劳动强度，不仅能够加快建设速度，而且提高了工程施工的机械化水平。

由于工程起重机的结构类型不同，其中主要分为轮胎式起重机、塔式起重机、履带起重机等。

由于起重机的使用较为方便，而且作业适应性能较强，因此工程起重机主要应用与设备安装、房屋建设、物料搬运等工作。

在经济发展的环境下，工程起重机的技术水平已经得到了快速发展。

我国由最初的引进到自主研发，国内的工程起重机行业已经得到了快速发展，目前国内市场对于起重机的需求率一直在不断上升，为大量的设施建设项目为工程起重机提供了新的发展空间。

在激烈的市场竞争环境下，工程起重机设生产厂家需要加强品质建设，加大研发力度才能够帮生产厂家取得长久发展。

随着我国工程起重机行业的不断发展，为了能够适应工程需求，工程起重机设备应当不断进行结构改进，提升整体的工作性能。

工程起重机在使用过程中容易出现结构失效的现象，从而导致安全事故的频繁发生，因此人们对工程起重机的安全性能越来越重视，通过分析工程起重机结构失效的整体原因，其中疲劳破坏是最为主要的原因之一，工程起重机设备的疲劳寿命评估能够有效确保企业的生产安全。