如何基于等效裂纹法估算升高车箱形梁疲劳寿命??     广州升高车租赁,  广州升高车公司,  升高车出租公司     对升高车箱形梁进行疲劳寿命估算，为保证特种设备的安全生产具有重要的意义。目前，对于升高车疲劳寿命的计算主要采用两种方法:基于S-N曲线及Miner线性累积损伤原理的名义应力估算法和基于断裂力学理论的疲劳裂纹扩展寿命估算法。箱形梁作为一种典型的金属焊接件，不可避免的存在焊接缺陷。这些缺陷在疲劳载荷作用下，逐渐萌生出裂纹，然后扩展直至断裂失效。因而，在工程实际中疲劳裂纹扩展寿命估算法能更好的预测结果。但是，当使用断裂力学公式时，需知道初始裂纹的尺寸，而实际有时对升高车箱形梁无法用现有技术检测出裂纹尺寸，提出一种将损伤力学与断裂力学相结合共同估算升高车疲劳寿命的新方法。由于升高车箱形梁的结构及其受力情况较为复杂，升高车疲劳的研究还未形成一套完整有效、可供实用的理论体系。针对升高车焊接箱形梁的结构及其受力情况的复杂性，本文基于等效裂纹法，利用升高车箱形梁疲劳试验所获得的S-N曲线，并结合Paris公式，提出了一种估算在役升高车焊接箱形梁疲劳寿命的新方法。通过与试验数据进行对比分析，验证了该方法的可行性和有效性。这为指导升高车的设计、制造、检验和管理具有重要意义。

      1等效裂纹法:   等效裂纹法基本概念,  根据实际检测与疲劳试验，升高车箱形梁的裂纹缺陷常常出现在应力集中的焊缝焊趾处。由于焊趾处有较大的应力集中，使得该处裂纹的萌生和形成寿命较短。因此，箱形梁的疲劳寿命主要取决于裂纹的扩展寿命。对于裂纹扩展通常使用paris公式:  dadN=C(ΔK)m   ，a为裂纹长度，N为应力循环次数，C，m是与材料，构件形状相关的系数，ΔK为应力强度因子幅。对于应力强度因子幅ΔK可由下面公式表示ΔK=F(a)Δσπ，F是与裂纹尺寸、形状、位置以及加载方式有关的几何修正系数;Δσ为结构应力幅。由于箱形梁结构复杂，几何修正系数F很难求出解析解。为此，对于箱形梁中的裂纹扩展可以用一未焊接平板中的等效裂纹a*来等效其扩展，并且其等效初始裂纹尺寸为a0。因此，几何修正系数F无需再进行计算，其值已经包含在了等效裂纹a*中.     (3)由箱形梁疲劳试验所得到的寿命，是各种启裂源共同作用下的结果。因此，等效裂纹的初始裂纹尺寸a0由疲劳试验结果来确定。虽然是用来计算二维裂纹扩展的，但是初始裂纹尺寸a0能够反映三维结构的严重程度。利用S-N曲线中的低周疲劳数据或者中间区域的数据作为计算a0的参考点。因为在这些区域裂纹萌生寿命相对于裂纹扩展寿命要短，因此裂纹萌生寿命相对可以忽略;而在高周疲劳区域，裂纹萌生寿命相对于裂纹扩展寿命会显著增加，此时裂纹萌生寿命不能忽略。利用低周疲劳数据或中间区域的数据能够避免高估结构的疲劳寿命，使得估算结果基本上相对保守安全。根据Paris公式，疲劳裂纹扩展可分为3个阶段，由门槛值ΔKth和临界应力强度因子幅ΔKfc作为分界。因而，等效裂纹的长度与ΔKth，ΔKfc的关系可以由下面公式ΔKth=Δσthπa，Δσth为应力门槛值，ac为裂纹临界长度。当低应力幅Δσ3接近应力门槛值，与高应力幅Δσ1和Δσ2相比时，其裂纹扩展速率明显较小，而疲劳寿命却明显较大。S-N曲线以及裂纹扩展速率曲线都是基于试验数据获得的，但是试验数据常常存在统计偏差。此外，裂纹扩展速率曲线通常由紧凑拉伸(CT)试样获得，这只是描述材料的行为而不是描述结构。因此，本文的方法主要是描述结构的平均行为，对于实际情况可以用统计分析方法来研究。

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     疲劳寿命计算,   通过对积分，箱形梁在等幅载荷作用下的疲劳寿命可以表示为Nf=1C∫aca01,    等效裂纹的临界裂纹长度ac由临界应力强度因子幅ΔKfc决定。对于不同应力幅下的临界裂纹长度可以由下式计算得到ac=(ΔσrefΔσ)ac，ref，ac，ref是参考应力幅Δσref作用下的参考裂纹临界长度。根据试验得到的S-N曲线，在低周疲劳或中间范围选取参考点(Δσref，Nref)。对于(1)式中的结构参数C，m可根据试验结果确定，当材料为Q235时，取C=2.61×10－13，m=3。对于门槛值ΔKth，给出了材料Q235的门槛值，但考虑到箱形梁为焊接结构，对于焊接结构的门槛值ΔKth英国标准BS7910中给出了推荐值。因此，应力强度因子门槛值选用英国标准中的推荐值，ΔKth=63MPa·m0.5。根据试验可知，升高车箱形梁存在裂纹临界扩展速率Vc(Vc=2.54×10－3mm/cycle)。因此，对于临界应力强度因子幅ΔKfc，可以由Vc代入(1)式中计算得到。

     2箱形梁寿命估算实例分析,   为了验证文中提出的升高车箱形梁疲劳寿命估算方法的可行性与有效性，借用对升高车焊接箱形梁所进行的疲劳试验的数据和结果进行对比和验证。对焊接箱形梁梁进行常幅疲劳试验，并根据试验数据得到了实用的P-S-N曲线方程。基于安全考虑，本文选用的S-N曲线方程如下lgN=12．3313－3lgSr,  (8)在S-N曲线上选取4个计算参考点，计算箱形梁的疲劳寿命。试验所用的焊接箱形梁材料为Q235，因此，计算所需的参数如前文所述。估算寿命比试验寿命要小，说明本文的估算方法较为保守。通过分析比较，计算误差随着计算参考点在S-N曲线上的往左选取而逐渐减小，这验证了前文所述的利用低周疲劳数据作为计算参考点的原因。因此，只要在S-N曲线的低周疲劳或中间范围选取合适的计算参考点，对于恒幅载荷作用下的疲劳寿命估算本文方法是有效可行。但从表4中的数据可知，当所选的计算参考点越往左时，估算寿命将大于试验寿命，计算将结果偏于危险。因而，计算参考点在S-N曲线上存在一个范围，考虑到试验所用的焊接箱形梁材料为Q235，其抗拉强度为420MPa，并结合表3中的数据，将计算参考点Δσ的上限值设为材料的抗拉强度。实际中，升高车箱形梁常常受到的是随机载荷的作用。对焊接箱形梁进了变幅疲劳试验研究，并将随机载荷化为等效应力对箱形梁进行了疲劳寿命估算。本文也采用等效应力来估算变幅载荷下的疲劳寿命。表3中给出了变幅载荷作用下疲劳试验寿命与本文估算寿命的对比。估算寿命相对于试验寿命有点偏大。这是由于随机载荷在转化为等效载荷的过程中没有考虑应力门槛值所导致的。因此，将本文方法用于随机载荷作用下的疲劳寿命估算还需进一步研究。

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