起重机载荷谱研究综述
桥式起重机载荷应力谱分析与优化

桥式起重机载荷应力谱分析与优化桥式起重机是一种常见的起重设备,主要用于搬运重物。
在实际使用中,桥式起重机承受着不同的载荷,如额定载荷、超载等,这些载荷会对桥式起重机的结构造成一定的应力,影响其安全性和使用寿命。
对桥式起重机载荷应力进行谱分析和优化显得十分重要。
1. 确定载荷谱:通过对桥式起重机进行工作状态分析,确定其所承受的不同工况下的载荷,如起重荷载、运行荷载等。
这些载荷可以通过实测、模拟或计算得到。
2. 计算载荷作用下的结构应力:根据确定的载荷谱,结合桥式起重机的结构特点,使用合适的有限元分析软件对载荷作用下的结构进行计算。
这些计算可以包括静态分析、动态分析等。
3. 统计分析载荷谱:通过对载荷谱进行统计分析,得到不同工况下的载荷频率、幅值等参数。
可以使用频域方法或时域方法进行分析,如功率谱密度法、滑动窗法等。
4. 分析载荷应力谱:将统计分析得到的载荷谱与计算得到的结构应力进行对比,得到载荷应力谱。
通过分析载荷应力谱,可以了解各个频率下的载荷应力情况,找出载荷应力的主要影响因素。
在桥式起重机载荷应力谱分析的基础上,可以进行优化设计。
具体步骤如下:1. 优化参数确定:根据载荷应力谱分析的结果,确定需要优化的参数。
可以优化起重机的结构刚度、材料强度等。
2. 优化方法选择:选择适当的优化方法进行设计优化。
可以使用传统的试错优化方法,也可以使用现代优化算法,如遗传算法、粒子群优化算法等。
3. 优化模型建立:根据优化参数和优化目标,建立起重机的优化模型。
可以使用数学模型或者基于有限元分析的模型。
4. 优化求解:通过优化方法对优化模型进行求解,得到最佳的优化参数。
可以使用优化软件或者编程语言进行求解。
5. 优化结果验证:将优化参数应用到实际起重机中,进行验证和测试。
通过与原设计进行对比,评估优化结果的有效性和可行性。
通过桥式起重机载荷应力谱分析与优化,可以提高桥式起重机的安全性和使用寿命,减少结构破坏和事故发生的风险,提高桥式起重机的工作效率和使用效果。
桥式起重机载荷谱获取方法及疲劳剩余寿命评估

载荷谱推导
通过对响应的分析和处理,推导出 桥式起重机的载荷谱。
优缺点
有限元分析法能够模拟桥式起重机 的复杂工况,但需要专业的有限元 分析软件和较高的计算成本。
载荷谱推导法
历史载荷数据收集
收集桥式起重机在过去一段时间内的历史载荷数据。
基于概率模型的剩余寿命评估
概率模型
应用场景
优点
缺点
该模型基于概率论和统计学原理 ,通过建立结构或材料的疲劳寿 命与各种不确定性因素之间的概 率关系,预测其剩余寿命。
适用于具有较多不确定性因素且 难以准确确定其影响的情况。
能够综合考虑各种不确定性因素 ,给出较为全面的寿命预测结果 。
需要大量数据支持,计算较为复 杂。
基于断裂力学的剩余寿命评估
应用场景
适用于已知起重机各部件的初始裂纹长 度、应力水平、裂纹扩展速率等参数的
情况。
断裂力学模型
该模型基于材料的断裂力学理论, 通过分析裂纹在应力作用下的扩展 过程,预测结构或材料的剩余寿命
。
A
B
C
D
缺点
对数据要求较高,不适用于所有材料和 应力水平。
优点
考虑了裂纹的扩展特性,对材料内部损 伤的监测更为准确。
案例二
基于载荷谱的疲劳寿命评 估
利用桥式起重机的载荷谱数据,结合材料的 疲劳特性,对其疲劳寿命进行评估。
维护计划制定
根据疲劳寿命评估结果,制定合理的维护计划,包 括定期检查、维修、更换零部件等。
总结
通过疲劳剩余寿命评估可有效制定针对性的 维护计划,提高桥式起重机的使用效率和安 全性。
案例三
桥式起重机载荷应力谱分析与优化

桥式起重机载荷应力谱分析与优化【摘要】本文针对桥式起重机的载荷应力进行了谱分析与优化研究。
在介绍了研究背景和意义,以及现有研究现状。
通过分析桥式起重机的载荷特点,提出了载荷应力谱分析方法,并探讨了优化设计方案。
结合实例分析,展示了桥式起重机载荷应力谱的优化效果。
在总结了研究成果,展望了未来研究方向。
本文通过结构强度验证,验证了优化方案的有效性,为桥式起重机的设计提供了理论依据和参考。
通过本研究,可以更好地了解桥式起重机的载荷应力特点,为相关工程实践和研究提供参考借鉴。
【关键词】关键词:桥式起重机、载荷应力谱分析、优化设计、结构强度验证、结论、展望、总结、研究背景、研究意义、研究现状、正文1. 引言1.1 研究背景桥式起重机是工程施工中常用的起重设备,承担着重要的起重作业任务。
随着建筑工程的发展和起重要求的增加,桥式起重机的工作环境和工况也变得越来越复杂。
在实际工作中,桥式起重机承受着不同方向、大小和频率的载荷,这些载荷会导致起重机的应力非常复杂。
研究桥式起重机的载荷应力谱分析与优化具有重要的理论和实践意义。
对于桥式起重机来说,了解其载荷特点对于提高其工作效率、延长使用寿命至关重要。
针对不同的工程要求和环境条件,需要对桥式起重机的载荷进行合理的设计和优化,以确保其稳定、安全的工作。
对桥式起重机的载荷应力进行谱分析,并基于分析结果制定优化设计方案,可以有效提高桥式起重机的工作性能和安全性。
目前,国内外关于桥式起重机的载荷应力谱分析和优化设计研究还比较有限。
本文旨在对桥式起重机载荷应力谱进行分析,并探讨优化设计方案,提高桥式起重机的工作效率和安全性。
希望通过本研究能够为桥式起重机的设计和使用提供一定的参考和指导。
1.2 研究意义桥式起重机是工业生产中常用的重要设备,承担着货物的吊装、运输等重要任务。
对其载荷应力谱进行分析与优化设计具有重要意义。
对载荷应力谱进行分析可以帮助工程师了解起重机在运行过程中受到的各种力的作用情况,有助于预防潜在的结构疲劳、损坏等问题的发生。
机床载荷谱文献综述

图12 实测载荷、神经网络模型和 线性回归模型模拟载荷比较
[9]ALLEN M J.Modeling aircraft wing loads from flight data using neural networks[R].NASA/TM212032,2003.
19
飞机载荷谱
2010年Krishna Lok Singh通过飞行数据记录仪中的数据,对 飞机载荷谱进行优化,提出了峰谷计数和水平交叉计数两种方 法,其中水平交叉计数法能更快地得到载荷序列。[10]
机械零部件因长时间使用受力之后都会产生疲劳损伤,在 损伤量达到零部件所能承受的范围,就会产生裂纹、断裂等损 伤,载荷谱对整机或零部件的设计和疲劳试验、可靠性试验等 都有重大指导意义。[1]
图4 载荷谱在加工中心主轴可靠性试验中的应用
[1]吴道俊.车辆疲劳耐久性分析_试验与优化关键技术研究[D].合肥:合肥工业大学,2012
15
飞机载荷谱
飞机在训练飞行时, 其飞行动作是按照飞行大 纲制定好的,其在训练飞 行时所承受的载荷是按一 定的顺序进行的加载,在 对其载荷谱分析时,需考 虑载荷加载顺序的影响。 1998年张福泽提出以中值 寿命概念编制飞机载荷谱 的方法,代替传统的雨流 计数法,保证载荷幅值与 频数关系不变,保留了加 载顺序和加载状态对寿命 图9 中值寿命编制获得累计频数曲线(曲线1) 的影响。[6] 与雨流计数法编制所得频数曲线(曲线2)
图1 机床故障维修
3
概述
机床故障诊断方法主要可分为两类:故障发生后故障原因 检查及故障排除,故障尚未发生时对机床的性能预测及诊断。 参数检验法
多传感器信息融合
人工智能、专家系统
局部升温法
传统故障 发生后检 查诊断的 方法
桥式起重机载荷谱获取方法及疲劳剩余寿命评估研究

桥式起重机载荷谱获取方法及疲劳剩余寿命评估研究桥式起重机载荷谱获取方法及疲劳剩余寿命评估研究摘要:桥式起重机是重要的工程设备,在工业生产中广泛应用。
为了保障起重机的安全运行,需要对其在使用过程中的载荷进行准确获取和疲劳寿命评估。
本文通过分析载荷谱获取方法和疲劳寿命评估研究的现有成果,综合运用现代测试技术、模拟计算方法以及现场实测数据,提出了一种综合评估桥式起重机载荷谱和疲劳剩余寿命的方法。
1. 引言桥式起重机作为功率大、承载能力高的起重设备,广泛应用于建筑、制造业等领域。
其工作环境复杂,承受着各种不同方向和大小的载荷。
合理获取载荷谱并评估其疲劳寿命,对于确保起重机的安全运行至关重要。
2. 载荷谱获取方法2.1 现场实测方法现场实测是获取实际起重机载荷谱的重要手段。
通过搭设传感器、采集数据等方式,可以获得起重机在不同工况下的载荷信息。
这种方法可以直接观测到真实的载荷谱,但成本较高,且由于实测时间有限,可能无法覆盖到所有工况。
2.2 数值模拟方法数值模拟方法是通过建立桥式起重机的有限元模型,利用计算机仿真软件进行载荷仿真。
通过改变工况参数、模拟各种工况,可以获取起重机的载荷谱。
这种方法相对简便快捷,成本较低,但需要准确的参数输入和模型验证。
2.3 模型试验方法模型试验方法是在实验室中对缩小比例的起重机模型进行负载实验,通过测量模型的动态响应,获取载荷谱信息。
这种方法可以控制实验环境,得到准确的载荷谱,但需要考虑模型与实际起重机之间的尺寸比例关系。
3. 疲劳剩余寿命评估方法3.1 基于SN曲线法SN曲线是描述材料疲劳寿命的经验公式,通过测定起重机零部件的疲劳极限和疲劳强度,利用SN曲线进行寿命评估。
这种方法简单易行,但需要较多的原始数据和较为准确的材料参数。
3.2 基于损伤累积法损伤累积法是通过对载荷谱的时间历程进行分析,计算出材料在工作过程中的累积损伤程度,从而评估其剩余寿命。
这种方法综合考虑了载荷的大小、工况的频率等因素,为疲劳寿命评估提供了较为准确的依据。
桥式起重机载荷应力谱分析与优化

桥式起重机载荷应力谱分析与优化为了提高桥式起重机的载荷应力分析和控制能力,需要对其进行谱分析和优化。
本文将简单介绍桥式起重机的基本结构、载荷应力的分析和谱分析及其优化的方法。
一、桥式起重机的基本结构桥式起重机是一种长形起重设备,其主要部件包括大车、小车、起升机构和电气系统等部分。
其中大车和小车用于行驶和横移物体,起升机构用于提升和放下物体,电气系统用于控制起重机的运行。
桥式起重机在运行过程中,承受着各种不同方向和大小的载荷,这些载荷会产生不同大小和方向的应力。
因此,对桥式起重机进行载荷应力分析,可以有效地评估其结构的强度和耐久性。
载荷应力是指物体在外载荷作用下所受到的应力。
桥式起重机的载荷应力主要包括弯曲应力、剪切应力、轴向应力和压应力等。
其中,弯曲应力是最常见的一种应力,它产生于桥式起重机主梁和支撑梁的弯曲时。
剪切应力是由于桥式起重机承受侧向和横向移动时产生的。
轴向应力是由于桥式起重机的起升机构和运动部件所产生的。
压应力是由于桥式起重机承受垂直和水平力时产生的。
谱分析是指通过将信号分解为许多频率分量,从而有效地评估信号的频谱结构和频率分布等特征。
对于桥式起重机的载荷应力分析,谱分析可以帮助确定载荷频率和相应的应力分布情况,以进一步优化其结构,并提高其耐久性和强度。
谱分析通过得到桥式起重机维度中不同频率的应力数据来优化其结构。
在实际应用中,可以通过使用FFT快速傅里叶变换等技术来实现这一目的。
谱分析过程中,需要注意不同参数和采样频率的选择,以及噪声和杂波的影响等问题。
四、桥式起重机的优化方法为了优化桥式起重机的结构,可以通过以下几种方法来减少载荷应力和提高其强度和耐久性:1)优化结构设计:通过合理的结构设计,减少结构应力集中,提高整体强度和稳定性。
2)优化材料选择:采用优质材料,提高材料的强度和韧性。
3)优化部件制造:优化部件加工工艺和质量控制,减少部件加工和制造过程中的误差和缺陷。
4)优化运行模式:通过优化运行模式,减少载荷频率和幅度,降低载荷应力,从而提高结构的耐久性。
桥式起重机载荷应力谱分析与优化

桥式起重机载荷应力谱分析与优化桥式起重机是一种常见的重型起重设备,广泛应用于工矿场所和码头等等各种场合。
对于桥式起重机中的载荷应力谱分析与优化,其主要目的是为了保障其安全运行,提高其工作效率和使用寿命。
在此背景下,对于桥式起重机的载荷应力谱分析与优化进行研究非常的必要。
1. 桥式起重机载荷应力产生机理桥式起重机在工作时,会受到来自作业负荷的作用力,如起重物、绞车、冗杆等等,都会对桥式起重机的各个部件产生不同的载荷应力。
在这些载荷应力的作用下,桥式起重机的各个构件就会发生变形和应力状态的变化,因此需要对其进行研究和分析。
在对桥式起重机的载荷应力谱进行分析时,需要进行以下几个方面的研究:(1)载荷应力谱的确定。
通过对实际工作状态下的载荷测量及反推计算,得出真实的载荷应力谱,是进行载荷应力谱分析的基础。
(2)载荷应力谱的频谱分析。
通过进行载荷应力谱的频谱分析,可以得出桥式起重机在不同频段内的载荷应力谱,并且确定各个频段内载荷应力谱的占比。
(3)载荷应力谱的统计分析。
通过对载荷应力谱进行统计分析,可以得出各个频段内载荷应力值的分布规律和概率,为后续的优化提供理论依据。
(1)优化起重物、绞车等,降低载荷应力谱的幅值。
通过调整起重物、绞车的参数,可以降低在频谱分析中占比较高的高频区段的幅值,从而降低桥式起重机的整体应力水平。
(2)优化桥式起重机结构,提高其抗载荷能力。
通过优化桥式起重机的结构设计,如改善转动轴承的设计、增强关键节点的传动轴承等等,可以大幅度提高桥式起重机的抗载荷能力。
(3)采用适当的材料,提高桥式起重机的材料强度。
通过采用适当的材料,如高强钢等等,可以提高桥式起重机各个构件的材料强度,从而提高其整体的抗载荷性能。
总的来说,对于桥式起重机的载荷应力谱分析与优化,需要进行全面的研究,从载荷应力产生机理的角度出发,分析其载荷应力谱的特点,以及选择合适的优化方法,提高桥式起重机的工作效率和使用寿命。
夹钳起重机载荷谱统计及疲劳寿命估算技术

夹钳起重机载荷谱统计及疲劳寿命估算技术文章对国内典型生产线上夹钳起重机的工作载荷谱做了统计分析,探讨了由载荷谱计算应力谱的方法,在此基础上,运用应力幅法对设备主梁结构进行了疲劳寿命估算。
标签:起重机;载荷谱;应力谱;疲劳寿命1 概述夹钳起重机是一种特殊用途的冶金类起重机,在冶金生产线上使用较多,使用特点是满负荷作业率高、工作频繁、环境温度高。
随着起重机械安全评估技术已经从方法探索、技术实践阶段走向了设计安全评价、工程改造两方面的应用阶段,各种冶金类起重机的载荷谱分析、疲劳强度评估技术开始被国内多个起重机设计制造部门密切关注。
现代冶金类起重机的主要承载结构是一种焊接箱型钢梁结构,其强度设计理论是基于最不利风险载荷产生的最大应力组合的强度安全评价,这种技术已经相当成熟和完善。
近十几年来,疲劳设计和疲劳寿命分析技术不断应用于起重机的新产品设计中,这种新技术更关心载荷的分布特性和应力幅值分布。
对冶金生产线上的起重机而言,描述载荷谱的最直接方式是移动外载荷与移动位置关系的曲线或图表,由此可以计算结构特定部位最大应力的变化图,即应力谱。
从而确定应力幅值的变化,这也是起重机结构疲劳强度分析计算的基础。
这种应力谱的获得有两种途径,一种是通过具体某一台产品的现场试验获得应力谱,以此进行疲劳强度及寿命分析,见文献[1]、文献[2]中的实例。
另一种途径是先统计载荷谱再拟合计算应力谱,这种方式在设计研发阶段更具有广泛适用性,这也是本文所采用的技术方法。
对应于国内主要工艺流程的夹钳起重机工作载荷谱统计工作,各类文献很少涉及。
主要原因是当前使用最广的强度验算方法和疲劳强度验算方法都不涉及应力幅的变化。
只有在使用疲劳寿命估算技术时,才会讨论到工作载荷谱、应力谱、应力幅这些概念。
2 载荷、应力、载荷谱、应力谱、强度、疲劳寿命之间的关系载荷与应力直接关联,应力是载荷作用于结构而产生的一种内力响应,强度安全评价是对应力的许用范围评价。
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起重机载荷谱研究综述魏军;郭庆;夏文俊【摘要】The crane load spectrums are the basic data for evaluation of fatigue residual life and reliability analysis of crane metal structure.This paper describes the basic methods of data acquisition and statistical analysis of the load-time history as well as preparation method of the load spectrum for the crane.Then the research status and achievement of the domestic and international crane load spectrum is summarized.Finally, the research prospect of crane load spectrum is put forward.%起重机载荷谱是进行起重机金属结构疲劳剩余寿命估算和可靠性分析的基础性数据. 阐述了起重机载荷-时间历程数据获取和统计分析的基本方法以及起重机载荷谱的编制方法,综述了国内外起重机载荷谱的研究现状和成果,提出了起重机载荷谱研究的展望.【期刊名称】《港口装卸》【年(卷),期】2017(000)002【总页数】4页(P9-12)【关键词】起重机;载荷谱;疲劳剩余寿命【作者】魏军;郭庆;夏文俊【作者单位】武汉理工大学物流工程学院;武汉理工大学物流工程学院;武汉理工大学物流工程学院【正文语种】中文起重机主要由钢结构和电气部分组成,其中金属结构是起重机的整体支撑框架,金属结构零部件的破坏及失效,都可能引发不可估量的后果。
起重机在长久工作运转的情况下,金属结构在焊接时留存下的缺陷裂纹会在疲劳载荷的周期作用下慢慢地扩展,最终转变为疲劳裂纹,但此时并不需要立刻终止起重机的作业或强行报废。
相关研究表明,即使起重机的金属结构出现了疲劳裂纹,它依然具备较长时间的使用寿命,若是此时就报废和更换起重机,无疑会浪费大量的资源,加大生产设备成本。
为了保证起重机能长期安全地使用,而且能够更充分地发挥其工作能力,需要及时了解金属结构的剩余使用寿命。
掌握起重机整机载荷谱,是实现起重机金属结构疲劳剩余寿命评估和可靠性分析的关键。
2.1 疲劳载荷的获取及数据处理对机械设备数据进行现场实测是获得载荷-时间历程最直接有效的方法,但是这种方法成本较高、周期长,而且实际使用比较困难。
另一种方法是通过计算机进行模拟仿真分析,此法节约时间但是结果的可信度不高。
因此可将现场实测的准确性与计算机模拟仿真的快捷性结合起来,即将一定数量的现场实测数据作为计算机模拟仿真的基础参数,且在进行模拟仿真过程中利用现场实测数据对模拟仿真参数进行适当的修正与改进。
当获得充足的随机应力数据后,需将这些数据转换成能用于疲劳、耐久性、损伤容积分析和试验的载荷谱,因此要对各种不同疲劳载荷环境参数和疲劳载荷本身进行统计分析。
目前较为常用的随机应力统计方法主要有功率谱法和循环计数法。
(1) 功率谱法。
功率谱法的计算过程为:通过使用傅立叶变换(FFT),将本身杂乱无章的随机应力分解为有序的多个频段的简谐过程之和,同时还能保留载荷-时间历程当中统计分析所需要的数据信息[1-2]。
功率谱法中现阶段被广泛使用的有参数估计法与非参数估计法2种[3]。
参数估计法是对所给功能函数的最小化参数进行求解[4],此种方法主要包括Burg的熵函数法[5]以及Yule-Walker法等;而非参数估计法对模型本身和数据的生成过程是不做任何假设的,比如周期图法[6]、Bartlertt法、改进的周期法及Welch法等。
(2) 循环计数法。
循环计数法是将波动规律不明显的载荷-时间历程通过分析计算分解为易于控制的半循环和全循环描述的载荷-时间历程。
此方法的本质是根据造成金属结构构件疲劳损伤的因素,分析复杂应力波当中某些特征量值出现的次数,并对具有相同类的量值出现次数进行累加计算。
其中常用的计数法可大致分为单参数计数法与双参数计数法两种。
单参数计数法包括峰值型、变程型和穿级型计数法[7];双参数计数法的优点是可以对载荷-时间周期历程中所包含的全部信息进行详细记录,此计数方法在工程应用中的使用效果比较好,目前雨流计数法和变程-均值计数法是常用的双参数计数法。
雨流计数法是一种将材料的应力-应变考虑在内的计数方法,其假设一个大的应变幅值所引起的损伤不受小的迟滞回线截断所影响。
它是学术研究与实际工程中应用最多的计数方法,其计数理论基础是损伤等效原则,能够真实地反映出所分析材料的疲劳损伤规律,并且它的计数规则能够较好地适应局部应力-应变估算疲劳剩余寿命方法。
雨流计数法当中被广泛使用的主要有四峰-谷值计数法和三峰谷计数法2种。
2.2 载荷谱的编制在进行载荷谱的编制过程中,有比较多的编谱方法可供选择,常用的载荷谱编制方法有:波动中心法、变均值法及等寿命关系转化法等。
2.2.1 波动中心法一般认为随机载荷-时间历程的幅值变化对金属结构零部件的疲劳寿命有很大的影响,如果把载荷历程当中载荷的均值和值幅都看作是二元随机变量,那么会使分析过程变得非常的复杂。
因此,当前研究中常用的一种方法是将获得的疲劳载荷均值和幅值简化为一元随机变量进行分析计算,这种方法称为“波动中心法”。
波动中心法是指,在编制载荷谱过程中将所有载荷循环均值的总体平均值,以波动中心作为载荷循环的静态部分,幅值作为动态部分,将幅值叠加于波动中心上,这样得到的载荷数据能够很好地用来编制载荷谱,不需要再考虑均值的分布问题。
波动中心的计算方法如下:式中,Sm为所有载荷均值的波动中心;Smi为第i个载荷区间的载荷均值;Kmi 为第i个载荷均值发生的频数。
当通过波动中心法得到波动中心Sm后,需要对载荷幅值的分布问题进行分析考虑。
采用雨流计数法统计和分析所得数据,根据数据的幅值频数进行相应分组,而每组数据当中的载荷幅值都用组中值表示,然后再将频率出现的次数进行累加,即可得到超值累积频率。
2.2.2 变均值法波动中心法通常适用于具有对称特性的载荷-时间历程,而对于非对称型的载荷-时间历程,若是用波动中心法对其进行简化处理,那么得到的结果会与实际情况有很大的出入。
其原因是用波动中心法进行简化操作时是将所有载荷循环中出现的平均值都用统一的总体均值Sm代替,这样会出现比较严重的失真情况。
而使用变均值法能有效避免此类问题的出现。
变均值法统计数据时不需要使用统一的总体平均值Sm,而是将具有相同幅值的载荷划作一组,获得每组的“组平均值”。
这样就能获得载荷均值的组平均值随幅值变化的规律曲线,并以此代替总体均值的平均值,再将幅值与组均值的平均值进行叠加即可得到新的载荷曲线。
2.2.3 等寿命关系转化法根据Gerber、Goodman等计算方法将载荷-时间历程当中的载荷均值等效转化到幅值曲线上,就能够得到近似于采用单参数计数法进行计数分析获得的一元载荷循环,再对其进行统计计算和分析处理,此方法即为等寿命关系转化法。
3.1 国内起重机载荷谱研究现状与成果在进行工程机械金属结构疲劳剩余使用寿命评估时,需要使用真实准确的载荷谱来对其结构进行分析计算,国内的专家学者对载荷谱进行了大量的研究和采集工作。
在我国,载荷谱的研究最开始是在航空航天工程领域进行,国内北京航空航天大学高镇同院士和北京机械结构强度研究中心闫楚良高级工程师带领的课题组,建立了国内首个有关国产飞机载荷谱的数据库。
国内起重机载荷谱的研究开始主要是参照飞机载荷谱进行,实现载荷谱编制的分析方法也由早期的传统实测数据方法发展到现场实测与计算机模拟仿真相结合,最终进入到使用智能算法的研究领域。
3.1.1 传统实测数据载荷谱的研究通过现场实测获取的起重机载荷-时间历程数据是最真实有效的,因此编制出的载荷谱能真实的反映起重机的使用状况。
国内很多的起重机载荷谱都是通过此方法获取。
如武汉大学的肖晓晖等人以DBQ3000型塔机主臂头部主弦杆为探索对象,在现场测量获得了32种塔机工况和4种主臂工况的动应力值,采集到塔机臂架的重要零部件在各种工况下的载荷-时间响应历程,采用雨流计数法对每个载荷-时间历程进行循环计数,并结合在役塔机记录的历史使用情况对所获取数据进行统计分析处理,获得了塔机重要零部件的疲劳载荷谱;北京起重运输机械研究所的李鹏通过采用电测法,用磁带记录仪获取主梁在基准期内出现的应力变化值作为随机变量,采用极值统计方法对数据进行分析处理,最终确定了桥式起重机主梁变幅的疲劳寿命试验八级加载程序应力谱;武汉理工大学李屹东、刘金、赵章焰通过起重机金属结构样本数据的实测采集,对起重机不同等级工作频繁区域出现的载荷循环次数进行统计,获得了造船龙门起重机的八级载荷谱;武汉理工大学李静、赵章焰通过采集岸边集装箱起重机构件的疲劳敏感区与不宜更换部位的应力-时间历程,使用三峰谷雨流计数法获得岸边集装箱起重机八级载荷谱,再利用外推的载荷谱和修正的线性累积疲劳损伤理论对其剩余寿命进行了研究。
虽然实测数据能获得较为真实的起重机载荷谱,但是测试过程时间周期太长,会导致试验成本大大增加,因此科研人员在寻求一种确保数据真实性的前提下,能快捷方便的实现数据获取以提高载荷谱编制效率的方法。
3.1.2 利用计算机技术进行载荷谱编制的研究得益于近些年来计算机科学技术日新月异的更新进步,现阶段越来越多的科研人员是通过使用计算机数值模拟技术与有限元仿真技术相结合的方法进行起重机载荷谱编制。
如曾婷、赵章焰、唐奋智以MQ1030门座起重机为对象,通过有限元分析软件以及Visual C++软件对其载荷谱以及裂纹扩展特性进行了研究;西安建筑科技大学罗丹等人通过使用ANSYS有限元分析软件建立塔机金属结构的分析模型,进行模态分析获取载荷-时间历程数据,采用雨流计数法进行数据的统计分析处理,编制了塔机的疲劳载荷谱;武汉科技大学的龙靖宇、张轶蔚通过采用ADAMS软件获取金属结构的载荷-时间历程,将虚拟样机技术与计算机数值模拟技术相结合,分析处理起重机的疲劳载荷,最终得到了桥式起重机金属结构的应力幅谱;张轶蔚通过计算机随机模拟方法-蒙特卡罗法和虚拟样机技术的有效结合,对桥式起重机主梁进行仿真模拟,得到了相应载荷-时间历程数据,再用“三峰谷计数法”进行数据统计分析处理,探讨了桥式起重机主梁金属结构的应力幅谱获取方法。
虽然通过计算机软件分析金属结构模型能够比较简便快捷的获得载荷数据,但由于分析软件本身存在的缺陷,无法模拟设备的真实使用情况,故通过数值模拟所得的数据会与现场实测数据有一定的误差,最终会降低载荷谱的真实性和准确性。