探讨起重机臂钢结构疲劳检测技术

探讨起重机臂钢结构疲劳检测技术

尹浩

江苏省特种设备安全监督检验研究院

摘要：本文针对目前的塔式起重机臂钢结构展开疲劳检测分析，详细计算起重机臂应力幅值，并根据P-S-N曲线确定相应的疲劳强度参数，进而可以获取具体的起重机臂钢结构疲劳的情况。经过试验分析确定起重机臂钢结构的疲劳强度，掌握其运行的效果，为今后的起重机正常运行与管理产生积极的作用。

关键词： 起重机；臂钢结构；疲劳检测

引言

对于塔式起重机来说，主要的组成形式是钢结构，所以钢结构疲劳发生后，容易导致结构出现故障问题，影响起重机正常的使用。在现代的建筑领域发展之下，建设高度升高、板式结构数量增多，起重机荷载量日益增大，如果存在不合格的情况，容易引发严重的事故，威胁人们生命安全。基于此，在起重机的运行中，探讨起重机臂钢结构疲劳检测方式，及时检测发现疲劳损伤的问题，并有针对性采取预防和应对措施，为起重机安全、稳定运行提供基础，也会推动我国建筑领域高质量发展。

1塔式起重机臂钢结构疲劳检测

在疲劳检测的过程中，应用疲劳损伤理论展开分析，主要是掌握周期性疲劳寿命的因素，并且选择应用该方法可以准确的评估确定疲劳均值参数，通过修正之后的疲劳理论更加能够反映出短期内周期性疲劳寿命参数，而非线性累计理论主要是时进行二级加载条件下的疲劳预测分析，以便于掌握其影响因素。从目前应用效果来看，进行了多年的研究和应用后，掌握钢结构的疲劳检测结论，比如通过使用钢结构角焊缝低温抗剪疲劳性能，在应用时可以对正面、侧面角焊缝进行分析，并掌握不同温度条件下低温疲劳试验结论，做好数据记录工作，利用该方式可以分析确定低温条件下对焊缝疲劳寿命的影响，但是并不会掌握正面角缝的影响。

经过试验分析结论发现，在相同低温的状态中，正面角焊缝抗疲劳强度要超过侧面角焊缝，但是这种方法并不能准确的掌握钢结构对于疲劳寿命所造成的影响。分析塔式起重机臂的工作情况，对于该结构进行疲劳检测主要是从焊接、非焊接两个方面进行，所以在检测环节是根据疲劳强度+裂纹扩展速率进行分析。焊接部位出现的开裂问题，在结构上受力部位的焊接边缘或者缺口部位，并且沿着拉应力垂直方向拓展应用，直到裂纹扩展到受压的部位才会停止，这样的情况下疲劳强度计算环节要了解到反复应力作用的部位。虽然在反复应力作用下并不会受到较大拉应力影响，而残余应力的持续作用容易导致焊接缺陷的问题，这种情况下就要进行强度性能试验检测分析。在验算工作中通过应用残余应力实现焊接部位的疲劳强度应力参数值分析，根据公式计算确定疲劳应力参数，以掌握应力参数产生的影响，对于后续的分析提供基础条件。钢结构在焊接工作中，通过抵抗收缩性反应会出现较大的残余应力，在结构尺寸增大、焊缝减小的条件下，受到冷缩阻力会不断的增大，还会导致残余应力的升高。在疲劳强度受到残余应力的持续作用后，应力比为正的条件之下，非焊接结构疲劳强度也不会受到残余应力的过大影响，和焊接结构应力相同的情况下，这时应该根据焊接结构应力参数值计算分析；应力比为负时，残余应力会给疲劳强度造成较大影响，这时进行焊接结构应力参数的计算分析，会导致数据有较大的偏差影响，通过使用应力比法开展计算确定。

2仿真实验

为了能够更好的了解疲劳检测方法是否有效，提高检测的效果，目前最为主要的应用方法是仿真试验，从而可以确定偏离变化参数，为起重机臂结构性能的分析提供帮助与支持。在疲劳试验的过程中，本次实验选择应用钢材疲劳试验机，型号为PMW-400，对于样本进行拉伸检测分析，将测量后的各项数据做好记录工作，并分析数据后确定具体的疲劳参数。然后取出拉应力，在这种下通过进行残余应力检测，以快速的掌握确定机械臂的疲劳强度性能，最终掌握具体的残余应力参数。在掌握残余应力数据后，即可开展铸铁钢板以及轧制钢板间应用V形坡口焊接节点的分析研究，可以快速掌握焊接部位上的疲劳裂纹的变化，获得循环次数之下的扩展速率，经过上述的疲劳检测验证分析，获得相关的数据信息。

（1）在疲劳试验检测工作中，假设拉应力的最大为180MPa，为了能够准确的判定和分析拉应力的参数值，每次将拉应力增加30MPa作为一次数据试验分析，做好记录工作，并根据具体的检测信号强弱性来掌握拉应力参数变化的状态。经过检测后分析信号强弱，以掌握拉应力的升高还是降低，同时下降也会更加的明显，所以变化发展会比较剧烈。通过应用上述的方法，可以及时准确的掌握相应的拉应力变化情况，以得出被检测结构的疲劳损伤状态，为检测结果精度的提高产生积极作用。

（2）在上述操作工作结束后，即可将拉应力去除掉，再通过设备进行残余应力的检测，掌握残余应力对起重机臂造成的影响，获得钢结构疲劳变化状态。拉应力去除后可以快速了解信号变动的状态，拉力受到屈服强度作用会发生残余信号变化的情况，但是变化并不大，可以基本上看做是恒定的状态。之所以会形成这种恒定的状态，主要是因为屈服强度前拉应力为弹性变化的状态，数据有波动变化作用，所以残余应力给焊接的结构造成的影响并不大。在拉力持续性增大的情况下，超过屈服强度变化时，检测获得的信号强度会快速的降低，且有较大的波动变化，这就表示在以上方法应用后可以快速的确定残余应力状态，对于分析起重机臂的疲劳变化提供基础。

（3）为了检验该方法应用是否具备科学性、合理性，在上述分析方法之下，利用仿真试验的方式，检测确定起重机臂的疲劳强度，加强案例分析和研究，通过应用对铸钢板与轧制钢板间应用单面V形坡口展开焊接节点的分析，确定其结构强度。具体分析内容如下：焊接节点部位上疲劳裂纹会因为循环次数的发展而不断的扩展变化，进而可以落实疲劳检测的工作。为了快速的获得相应的信号，掌握信号变化所引起的变化情况，在原基础之下展开荷载的优化调节，并且根据需要确定荷载序列。在疲劳循环次数逐步增多的情况下，检测部位的疲劳程度也会不断的升高，且检测信号强度也会逐步的增大。经过以上操作，验证了本次的疲劳检测具备可行性，有着较高的有效性，快速掌握起重机臂的疲劳强度，数据分析有较高灵敏度，应用价值也比较高。

3结语

在当前的机械设备制造中，使用最为广泛的是金属材料，其强度、延展性都可以满足要求，但是在投入使用后，金属材料在受到应力、介质、环境等要素的影响，出现结构疲劳断裂、腐蚀开裂等问题，所以要加强对于疲劳分析和检测，掌握其损坏变化的规律，对于提高设备的运行效果、延长设备寿命产生积极作用。从机械结构来说，出现疲劳损坏的问题后会缩短使用寿命，只要是结构长期受到损伤超出临界范围，都会造成结构损伤的问题。以疲劳的损伤机理作为基础，进行疲劳损伤的分析，展开疲劳检测，为延长设备寿命做出贡献。

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