起重機械疲勞斷裂可靠性分析探究

張小麗

（西安特種設備檢驗檢測院，陜西 西安 710065）

起重機的工作方式屬于間接以及重復周期性質的形式，利用吊鉤、電磁鐵、抓斗、吊具實施升降、起升、下降等工作的一種設備。通常情況下，一個工作循環周期在幾分鐘到半小時。在這期間，不同的機構在不同的時間段，都會有比較短暫的停歇時間，由于需要對設備進行反復的啟動以及制動，每個機構和結構所要承受的沖擊以及振動是非常強烈的。同時，荷載會正向以及反向交替產生作用。所以，很多非常關鍵的構件，會對不穩定的應用作用進行承受，對構建而產生的影響作用是非常大的。其中機械設備的工作條件直接決定了他的疲勞強度，由于吊裝物的形狀以及重量等都會使起重機發生裂紋或者斷裂。因此，針對起重機產生斷裂的原因要有明確的了解，以便對疲勞斷裂可靠性分析方法進行深入的探究和分析，盡最大程度保障起重機在工作過程當中的安全性。

1 起重機疲勞斷裂產生原因分析

金屬結構產生的疲勞為在某一點或某些點對擾動應力進行承受。同時，在達到一定循環次數時，在擾動作用下，便會產生一些裂紋或者出現完全發生斷裂的材料，這樣會導致局部形成永久性結構變化。針對疲勞針對產生疲勞斷裂的主要原因和過程的相關研究工作，主要的目的便是對金屬結構的應用壽命進行有效預測，以便使起重機的運行安全得到進一步提升和保障。其中，疲勞發生的條件為產生相應的勞動應力進行集中，便產生了疲勞破壞。通常情況下，疲勞破壞會從應力比較高的局部開始，在慢慢操作中漸漸進行積累，最后發生了破壞問題。

通過這些分析可知，疲勞破壞產生的具體過程，便是先產生疲勞微裂縫，這種裂縫是非常小的，之后慢慢擴展，直到斷裂失效。在對裂縫進行觀察的過程中可以發現，裂縫一般會在金屬結構的表面最大局部應力中產生，同時也會在最小截面處產生。因為材料與材料之間的不同，所以會有強弱的差距。這些材料的內部問題也導致的強度較低處，如果有微裂縫產生，在幾千次的擾動作用循環之下，微裂縫便會依照剪切應力平面方向進行相應的擴展，之后再沿著垂直應力的方向繼續進行擴展。其中，擴展的速率以及具體方向是由局部應力情況決定的，并且由材料性質所控制。如果，疲勞而達到一定的程度時，金屬的材料本身剩下的橫截面便無法對這種負荷進行承受，會快速進入到最終的失效斷裂階段，這樣便會發生十分迅速并且帶有毀滅性的材料失效。處于疲勞斷裂當中的裂紋，由于擴展的速度是非常迅速的，對壽命造成的影響相對來說會小一些，所以可以先將其進行忽略。因此，疲勞裂紋的總壽命涵蓋了裂紋擴展壽命以及形成壽命2 個部分。

在疲勞斷裂力學的相關理論研究當中，疲勞裂紋發生擴展最關鍵的地方便是從最小裂紋長度一直擴展到臨界裂紋長度，如圖1 所示。

圖1 疲勞裂縫以及疲勞循環次數之間存在的聯系

2 提升起重機疲勞斷裂可靠性方法的研究發展現狀

在社會的全面建設中，起重機發揮了巨大的功能作用。由于，起重機的發展速度有所提升，規模也得到了迅速擴大，所以，安全問題和保養問題等受到了人們的重視。相應的制造工作，安裝工作，保養工作等需要在不同的機構完成，并且在每一項步驟當中，都需要很多工作人員共同配合，但是在各個環節當中，對于起重機疲勞斷裂的嚴重性，卻沒有給予相應的重視，也沒有高度的認識，對其進行管理的方式有些落后，這便對起重機的正常安全運行造成了一定影響。

在起重機出現疲勞斷裂失效時，根本原因是因為長期積累的損傷，通常情況下，在斷裂發生之前并不會有非常明顯的變形，對于損傷的存在也極難發現。因此，疲勞斷裂有著很強的突然性。所以產生的后果十分嚴重，所以在對疲勞斷裂可靠性進行分析時，需要對裂紋擴展機理進行相應研究，應用最初的裂紋尺寸以及擴展速率作為相應的基礎，以便對金屬結構的疲勞壽命進行有效預測，之后便能推測出危險位置的檢測周期，這是非常有效的一種手段。

當前，我國對于起重機的應用十分廣泛，但所以發生事故的概率有所提升，其中因為疲勞斷裂產生的安全事故占整個工業事故的15%，所以針對疲勞斷裂可靠性的研究，對安全事故的預防有著重要的作用。

3 加強起重機械的社交性能

在對起重機機械疲勞斷裂的可靠性進行提升當中，需要針對起重機的相關設計給予一定程度的重視，并且針對其中的各個過程實施相應的估算工作，以便在某種程度上將疲勞斷裂的可靠性進行提升。其中需要應用的流程方式為，在對疲勞斷裂可靠性進行提升時，工作人員需要針對其中的每一項因素實施系統的了解和分析，在結合不同的運行形態，制定相應的解決方案。此外，在運行起重機當中，需要全面對機械制造進行檢驗，這樣可以全力對起重機的正常運行給予保障。

在對機械進行設計時，需要對正軌、半偏以及全篇等運行狀態下所產生的強度差距實施相應的分析，之后結合疲勞斷裂的曲線分析圖對其進行相應的計算，這樣也可以幫助起重機，將疲勞斷裂可靠性進行提升。此外，在設計中，還需要全面分析具體的應用流程，并指導整個操作過程，這樣可對起重機的有序工作給予保障，使得工作安全性得到了提升。

4 強化對起重機疲勞程度的計算

針對疲勞斷裂可靠性的有效提升，是防止安全事故發生的關鍵性手段，所以，在對起重機疲勞斷裂可靠性進行提升時，工作人員還需要全面分析和計算疲勞的程度。此外，在計算時需要結合有限元計算以及結構計算等不同的形式，之后對系統進行全面的了解，以便對相應的解決措施進行構建，并將焊接結構當作相應的系統。

此外，在對可靠性進行提升時，一定要對系統進行全面細致的分析和了解，利用具體的計算方式，可精準計算出疲勞的程度以及失效的程度。同時，在提升可靠性時，還需要將實際運行當中產生的全部問題進行相應的整理記錄和分析，結合這些有效數據對相應的解決方案進行制定，可以對運行起到相應的保障作用。所以，在機械設備運行當中，相關的驗證工作還需要反復實施，這樣可最大程度的避免有疲勞斷裂的問題產生。

由于起重機所產生的疲勞斷裂形態是十分復雜的，有著很強的綜合性，所以在具體運行的過程中，需要高度重視斷裂情況，對其進行有效的控制和分析，并做好相應的預防工作，這樣可以在一定程度上保證機械的有序運轉，最大程度的對安全事故進行避免。

5 結語

總之，起重機在長時間運行之后，會產生疲勞斷裂，造成的后果十分嚴重。因此，需要對將產生疲勞斷裂的因素進行深入的分析和探究，并且在設計形式當中做好全面的檢查，以便對起重機的有序運行給予保障。所以，針對起重機疲勞斷裂的可靠性發展形式要進行詳細的分析，以便指定相應的檢測預防措施，對安全事故進行避免。