某炼钢厂主厂房吊车梁疲劳性能评估

0 引言

随着我国工业化水平的提升，大量中型工业厂房投入使用，钢结构吊车梁使用频率也越来越高。由于钢结构的吊车梁受力十分复杂，而且载重吨位较大，日常作业期间长期承受过度反复载荷的影响，因此结构容易出现疲劳裂缝，不仅会由于疲劳导致损坏，影响正常的工业生产流程，也会导致现场出现严重安全事故。因此，必须对吊车梁的疲劳性能进行评价，及时监控吊车梁的状态，准确评估其疲劳寿命，确保厂房生产的安全和高效。

初中英语教材上的内容固然都是经典文章，有利于培养学生的阅读能力，教师应对其善加利用。但是，仅仅局限于教材是不够的，教师还应经常鼓励学生阅读课外读物，扩大视野，并通过大量阅读提高自身的阅读能力。如教师可精心选取适合初中生阅读的报纸杂志，鼓励学生背诵经典段落或经典语句。笔者在教学中，会在每周留出1节课，让学生讲解自己阅读到的精彩片段或小故事，或者组织“Show My ABC”英语手抄报展览活动。教师也可将学生划分成组，以“I Understand，So I Perform”英语故事小短剧表演，激发学生的阅读热情，鼓励学生主动增强英语阅读量。

1 项目概述

1.1 工程概况

某炼钢厂主厂房结构监测鉴定中的吊车梁疲劳，该项目的转炉、精炼、连铸主厂房吊车梁系统使用大型工字钢梁连续拼接而成，经过重级工作制吊车总重超过600t 的长期负荷和反复影响，存在吊车梁疲劳性能下降的风险，为了确保作业期间的安全，开始对其进行强度评估。

1.2 项目任务

在吊车运行最频繁的区域选择吊车梁，通过动态应力谱和有限元分析确定疲劳状况。性能评估的内容包括：通过动态应力谱测试确定实际生产中的情况；通过有限元软件建立吊车梁的精细化计算模型，分析吊车梁的实际界面特征和受力特点；进行吊车梁疲劳性能的评估，通过在吊车梁上施加移动载荷进行模拟，分析载荷移动下的测点、疲劳控制点最大应力变化曲线，确定吊车梁的强度能否满足要求

。

2 疲劳分析理论和方法

本次分析主要使用疲劳时域分析法，通过对可能存在疲劳问题的关键位置进行结构疲劳载荷的模拟，以及利用有限元分析模拟对响应应力时程进行分析，之后使用循环计数法进行简化，确定拟定S-N 曲线和疲劳累计损伤情况。关键在于利用循环计数法将不同规则或者应力的时程转化为完整的循环载荷或者应力。目前雨流计数是最精确并且使用最规范的计数方法

。

雨流计数法的主要功能在于把结构-应力历程转化为了若干个不同下凹的应力循环，通过编制结构的疲劳荷载谱进行疲劳计算和评估工作

。该方法使用双参数法，在统计过程中注意疲劳应力幅和平均应力两个分量，并将应变力视为二者的叠加，符合疲劳应力的特点。

如图1 所示，依次有四个点D、C、B、A，A 到B 的幅值范围大于B 到C 的幅值范围，故在A 到C 之间形成闭合环，并以B 到C 的幅值范围来代替，且之后所有的闭合环必须大于B 到C 的闭合。又如图2 所示，依次有F、E、D、C、B、A 六个点，与图1 相似，A 到B 的幅值范围大于B 到C 的幅值范围，B 到C 形成闭合环。同时滞回曲线显示又形成了D 到E 这个闭合环，因为A 到D 的幅值范围又是大于D 到E 的幅值范围。

雨流计数法就是基于上述原理，对实测等效应力曲线处理得到应力幅值与循环次数的关系，从而将实测应变历程简化为若干个应变幅循环，供疲劳寿命分析估算。

3 吊车梁专项测试和数据处理

3.1 数据采集系统

利用三维建模软件UG 完成对吊车梁系统几何建模，吊车梁模型主体为加劲工字梁，梁端焊接板材采用螺栓连接，钢柱由加劲工字梁、T 型梁、角钢和加劲肋等主体结构组成，通过钢板焊接组成。首先在部件模块创建全部零部件，之后在装配模块中把各零部件装配成梁模型和柱模型，将梁模型和柱模型分别合并为单个整体，梁柱节点处的连接使用梁单元模拟螺栓连接进行自由度绑定。对三跨梁进行分析。

6.B 提示:高中阶段既能跟酸反应,又能跟碱反应的物质主要有:①单质铝,②三氧化铝,③氢氧化铝,④弱酸的酸式盐,⑤弱酸的铵盐,⑦氨基酸蛋白质等。故选B项。

3.2 传感器布置

吊车梁中结构板件焊接位置应力状态复杂，而且容易出现应力集中的情况，所以传感器选择结构中最危险应力状态的部位进行安装。实际测试工作中，很难确定该位置的应力状态，所以只能通过测试取下翼板应变，之后通过有限元分析判断节点的应力状态

。结合现场状况，选择吊车最为频繁的区域进行结构疲劳应力测试。传感器布置位置如表1 所示。

3.3 测试及分析结果

当吊车的8 轮运动到吊车梁中间位置时，对梁跨中及连接处最危险界面最为不利，吊车梁整体结构承载力将随之下降。

采用基于小波分析的时频分析方法，对实测信号进行处理。对三向应变信号通过小波分析方法滤去噪声。结果如图3 所示。

公元前17世纪，Ahmes草纸书上记录着古埃及人使用符号将整体的一部分记作单位分数[12].Ahmes草纸书中涉及许多分配现实世界食物的问题，均属于从“部分事物”与“事物整体”视角描述分数的最早期应用[13].为了分辨、表述清楚“部分事物”与“事物整体”间的关系，也就成为了分数概念逐步形成的动力源泉.这种事物间的整体和部分的关系，被Park等[11]称为“fractional quantity”，可将其翻译为“分数量”.而“fractional quantity”这一概念在缺乏算术的古代，又自然而然地被区别于常见的整数.

（2）应力等效及分析

以D 轴测点1 为例，对测点进行8h 应变数据实时采样，得到各测点三向应变曲线，并通过应变应力转换公式计算等效应力曲线，应用小波分析去除噪声得到各测点8h 等效应力曲线。如图4 所示。将各测点等效应力曲线代入四点循环雨流计数法，计算应力曲线的幅值和均值及其循环次数，如图5所示。

本次测试使用DH5929N 动态应力应变测试分析系统进行现场测试工作，以使用计算机为基础，进行智能化动态测试分析，测试中进行多通道、长时间、动态、不间断的信号采集；使用了铜网作为屏蔽导线，保证信号的稳定传输。

利于四点循环雨流计数法得到的各测点应力谱幅值、均值的循环次数。通过钢结构设计标准（GB50017-2017）

计算实际欠载效应等效系数

，结果如表2 所示。利用欠载效应等效系数

计算各测点等效应力幅[ ]

Δ，并通过S-N 曲线lgN=12.16 -2.72 lg

，计算测点疲劳循环次数。

Raven和李笑都认为，ofo最终可能还是会归于滴滴。“这也是员工们希望的，这样一来，业务可以继续，还是做出行。滴滴是第一大股东，有优先选择的权力，而且滴滴也急需牌照。因为很多城市都在限制共享单车的投放数量，ofo手中的牌照和投放指标，对于滴滴和阿里都有吸引力。阿里为何同意单车作为借款抵押，看中的其实并不是车，而是牌照和指标。”Raven说。

利用前处理软件HyperMesh 对几何模型进行有限元网格划分，工字梁、T 型梁、角钢和加劲肋等主体结构采用壳单元模拟，螺栓连接件采用梁单元建模，相邻吊车梁上翼板边缘之间采用弹簧单元模拟实际连接。

4 吊车疲劳性能评估

4.1 吊车梁系统有限元分析

建立吊车梁结构有限元分析模型，进行重级工作制吊车危险区域的疲劳性能分析，获得疲劳寿命评估结果

。使用有限元分析的优势在于能缩短评估计算的工作周期，对结构疲劳性能、疲劳寿命数值模拟结果计算速度更快更精确，给结构的设计、制造、检修都提供指导性意见，也能对结构疲劳状况进行精确分析，完成寿命预测工作。

进行现场数据实测时，车间正处于正常生产状态下，导致现场测试环境并不稳定，具有很多不确定性和影响因素

。项目的现场实测时间比较长，所以必须保证测试所使用的仪器、测试系统具有较高的稳定性和良好性能。为了进一步确保数据采集结果的有效性和真实性，采集过程中系统必须能够满足本次载荷实测的全部要求，并采用了多通道实时、动态、同步采集数据；采集系统必须具备一定处理能力，满足现场进行数据检验和分析的需要；由于现场的干扰因素较多，因此使用的采集系统需要具备较强的抗干扰能力，能在作业环境下稳定完成采集工作，并且对环境具有动态管理能力，以充分适应环境需求

。

对比实测等效应力时程曲线和有限元仿真时程曲线，实测最大应力与吊车未进入中间梁时的应力之差为26MPa，有限元仿真最大应力与吊车未进入中间梁时的应力之差为27.7MPa。对比可见数据吻合良好，模型较为准确。

由表2 可见，E 轴的跨中等效应力幅最大，但小于钢结构设计标准（GB50017-2017）中循环次数n 为2×10

次的容许正应力幅[ ]

Δ 2×10

，满足重级工作制吊车梁常幅疲劳强度公式

]

Δ ≤[ ]

Δ，各测点处疲劳强度满足现行标准。

模型的边界条件按简支梁在吊车梁两端施加约束，在梁两端工字型界面的腹板中心点处设置形心为参考点，将参考点与工字梁界面进行耦合后对参考点横向和竖向约束；并通过螺栓将两根吊车梁结构连接在一起。

吊车梁及钢柱系统材料均为Q345B 低碳合金钢，密度7 850kg/m

，弹性模量206GPa，泊松比0.3。将模型导入ABAQUS 中对吊车梁整体结构进行承载力验算，轮压为均布载荷，轮压宽度为50mm

。

（1）应变测试

4.2 DE 跨疲劳寿命评估

对DE 跨吊车梁施加速度为15m/min 的移动载荷，单轮施加载荷415.6KN，轮压宽度为50mm。起始时刻吊车尾部从第一根柱出发，结束时刻吊车头部到达第四根柱处。DE 跨吊车梁结构移动载荷受力云图如图12 所示，共237 个分析步。

医院当中,由于其环境的特殊性,护士与患者的接触是非常密切的,并且护士还是各项操作的实施者。因此,护士感染各种传染性疾病的可能性就比较大,这就需要护士提高自己的防护意识,采取有效的防护措施来保护自己。护理人员在工作当中,要对其中的不安全因素高度重视,严格执行无菌操作及高度重视手卫生,严格执行标准预防原则,加强个人职业防护能力,从而预防及减少医务人员医院感染发生率。

通过上述方法获取的保护装置多维度信息，并不能直接实现与WDT中的装置整机测试能力描述模块进行对应，还需要通过一定的转换规则将装置板卡组成信息转换成唯一测试能力描述ID号，然后再根据整机测试能力唯一描述ID号在WDT的整机测试能力映射数据库中进行搜索，如该整机测试能力唯一描述ID号存在，WDT将存在信息反馈给ITCC。最后有ITCC下发测试指令给WDT，从而实现ITCC对保护装置整机测试的自动控制。详见图2。

将ABAQUS 软件中计算的移动载荷作用下结构的应力分析结果导入疲劳分析软件Fe-safe 进行吊车梁结构的疲劳寿命评估，吊车完整经过三根吊车梁为一个循环。

图6 中给出了典型测点处吊车梁结构翼板下缘疲劳循环次数，同时在表3 将基于仿真数据的疲劳寿命评估结果与基于实测数据的疲劳寿命评估结果对比。

采用SPSS 21.0软件进行分析，组间比较采用有序分类变量两组独立样本的秩和检验。其中P＜0.05认为差异具有统计学意义。

由于环境和资源的限制,世界范围内正在经历着一场能源转型。从建设智能电网到建设能源互联网,发展清洁低碳的可再生能源是这种能源转型努力的具体体现。我国政府已向国际社会承诺,非化石能源占比将在2020年达到15%,2030年达到20%。

通过将ABAQUS 软件中计算载荷作用下结构的应力分析结果导入疲劳分析软件中，进行吊车结构梁疲劳寿命的评估工作，对S-N 曲线通过相对吊车梁进行缩尺疲劳实验拟合。通过典型位置处基于仿真应力和实测应力疲劳寿命评比结果进行对比，确定疲劳模型可以反映真实情况，寿命比较短的位置主要在上翼板和腹板焊接位置，以及吊车两端约束位置

。其中上翼板和腹板连接位置会出现应力集中现象，容易造成局部出现疲劳破坏的问题。吊车的梁端约束位置通过螺栓传递两根梁之间的力，应力比较集中，也存在疲劳导致寿命缩短的风险，但是由于该位置不是主要承力结构，因此即使疲劳损坏也并不会导致事故，通过定期检查就可以保障厂房内的安全。

5 结论

通过对中型厂房超重吨位吊车梁支撑结构进行分析，选择最不利的两跨进行吊车梁运动状态下的应力测试和数据分析，进行疲劳寿命预测发现，DE 跨E 轴跨中等效应力最大，依旧小于结构设计标准，通过疲劳强度公式进行计算，各个测点位置的疲劳强度满足当前标准要求。通过计算承载力，以及进行移动载荷受力计算，吊车梁的整体结构约束位置通过螺栓传递两根梁之间的力比较集中，最大应力点都在吊车梁主体结构出现，所以吊车梁主体结构为主要研究对象，因此对载荷最重的DE 跨和FG 跨进行疲劳强度评估。

DE 跨典型位置根据仿真应力和实测应力疲劳评估结果对比，两者的吻合性比较强，所以使用疲劳分析模型可以代替实测数据准确进行疲劳寿命的评估工作。通过进一步分析，在翼板和腹板连接位置由于集合变化会导致应力集中的情况，所以局部出现疲劳破坏的可能性更大。螺栓在两根梁之间传递能量，具有应力集中的特点，但由于不是主承力结构部件，存在疲劳问题也不会导致事故，所以需要定期开展检查工作。FG 跨吊车梁和DE 跨吊车梁有类似状况，由于翼板和腹板连接位置出现几何形状变化会造成应力集中，因此局部出现疲劳的可能性比较大。在吊车梁两端使用螺栓传递两根梁之间的力，存在应力集中的情况，但由于不是柱承载力结构件，因此疲劳破坏不会导致事故，通过定期检查可以保证安全。

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