起重装备结构件可靠性研究_郑钰琪，任庆洪，冯碧敏，王冬梅，周正啟等著_9787561282861

　　《起重装备结构件可靠性研究》从起重装备关键结构件的结构、材料、作业工况及自身所受到的复杂载荷入手，结合相关理论，利用多体动力学载荷分析、三维有限元分析、虚拟样机技术、疲劳寿命预估、疲劳可靠性分析以及形质灵敏度优化技术，最后通过试验验证，建立起一个较为完备的起重装备结构件疲劳寿命预估与可靠性研究系统。
　　首先，该书以某起重装备为对象，依据刚柔耦合多体系统传递矩阵法，将起重装备处理为由多个集中质量、刚体及柔性臂按一定方式铰接而成的刚柔耦合多体系统，建立所有元件的传递方程和传递矩阵，并将单个元件的传递方程整合，形成起重装备的刚柔耦合多体系统整体传递方程。在此基础上，建立起重装备系统中所有元件的总体动力学方程，根据系统总体的结构特点，将其整合为多体系统总体动力学方程，并将冲击力学中的冲量模型和碰撞接触模型与多体系统传递矩阵法结合，提出基于传递矩阵法的刚柔耦合多体系统的冲击响应分析方法。通过对传递方程的求解，分析其振动特性，得到起重装备的振动固有频率及其对应的主振型。根据柯西方程推导出系统中的柔性臂在冲击载荷作用下的冲击应力分布公式，分析在起升过程中的起升冲击载荷特点，数值分析该刚柔耦合多体系统的频率响应和冲击响应，并得到柔性臂的冲击应力分布规律。所建立的刚柔耦合多体系统传递矩阵法对多体机械系统具有通用性，所得结果对起重装备的动态优化设计和振动控制等具有参考价值。
　　其次，该书通过对起重装备结构件所受载荷进行研究，结合起重装备结构和作业环境的特殊性，利用ANSYS三维有限元分析技术完成其强度、刚度分析，并获得较为满意的结果，为后续改进设计及检修工作提供非常有价值的参考。在此基础上，基于疲劳寿命预估理论，得到起重装备钢结构件寿命预估模型和材料寿命曲线，从而对钢结构件疲劳寿命进行预估，进而对起重装备结构件的力学性能、强度、设计寿命进行全面分析。该方法可以作为在役起重装备钢结构件疲劳寿命预估的定性评判依据，其计算结果对实际设计或检查工作具有重要的借鉴意义。
　　再次，该书从Miner累积损伤的定义出发，视累积损伤为随机过程、临界损伤为随机变量，基于疲劳动态可靠性理论，提出在预期寿命下起重装备钢结构件寿命可靠性评估方法，对其进行概率分析。明确回答针对63000次循环设计寿命，起重装备钢结构件失效的概率有多大，通过计算分析得出，钢结构件绝大部分区域的可靠度能够保持在较高水平，而局部区域则需要执行定期检修。在获知预期寿命可靠度的基础上，引入形质灵敏度设计，优化零件参数，在不改变结构质量的同时减小变形，进而间接减小应力，提高产品可靠度，避免以往通过增加结构参数的尺寸来减小应力，即通过增加产品的质量来换取可靠性提高的弊端。
　　最后，该书通过对起重装备进行各种试验检测验证，分析试验数据，判断其是否满足规定的设计使用寿命、安全性、可靠性要求。

　　随着我国经济的发展，起重机械制造业取得了长足的进步，用到起重机的领域也越来越多，但是很多空间不支持大型起重机展开工作，所以这样的工作环境就需要有特殊技能或构造的起重机产品的出现。同时，由于起重装备使用频繁、工作时间长，起升高度高、工作幅度大、转运货物价值高，因此，如何判断起重装备能否安全、可靠、快速地转载就成为一个需要解决的重要问题。
　　起重装备工作时经常需要起动和制动，特别地，若操作人员操作不熟练，很容易出现急停、猛拉现象，起重臂在强烈的冲击作用下引起不稳定变幅应力，因而对其进行多体动力学分析具有十分重要的意义，是提高其安全性和可靠性的重要基础。
　　本书从起重装备关键结构件的结构、材料、作业工况及自身所受到的复杂载荷入手，结合相关理论，利用多体动力学载荷分析、三维有限元分析、虚拟样机技术、疲劳寿命预估、疲劳可靠性分析以及形质灵敏度优化技术，最后通过试验验证，建立起一个较为完备的起重装备结构件疲劳寿命预估与可靠性研究系统。
　　首先，本书以某起重装备为对象，依据刚柔耦合多体系统传递矩阵法，将起重装备处理为由多个集中质量、刚体及柔性臂按一定方式铰接而成的刚柔耦合多体系统，建立所有元件的传递方程和传递矩阵，并将单个元件的传递方程整合，形成起重装备的刚柔耦合多体系统整体传递方程。在此基础上，建立起重装备系统中所有元件的总体动力学方程，根据系统总体的结构特点，将其整合为多体系统总体动力学方程，并将冲击力学中的冲量模型和碰撞接触模型与多体系统传递矩阵法结合，提出基于传递矩阵法的刚柔耦合多体系统的冲击响应分析方法。通过对传递方程的求解，分析其振动特性，得到起重装备的振动固有频率及其对应的主振型。根据柯西方程推导出系统中的柔性臂在冲击载荷作用下的冲击应力分布公式，分析在起升过程中的起升冲击载荷特点，数值分析该刚柔耦合多体系统的频率响应和冲击响应，并得到柔性臂的冲击应力分布规律。所建立的刚柔耦合多体系统传递矩阵法对多体机械系统具有通用性，所得结果对起重装备的动态优化设计和振动控制等具有参考价值。
　　其次，本书通过对起重装备结构件所受载荷进行研究，结合起重装备结构和作业环境的特殊性，利用ANSYS三维有限元分析技术完成其强度、刚度分析，并获得较为满意的结果，为后续改进设计及检修工作提供非常有价值的参考。在此基础上，基于疲劳寿命预估理论，得到起重装备钢结构件寿命预估模型和材料寿命曲线，从而对钢结构件疲劳寿命进行预估，进而对起重装备结构件的力学性能、强度、设计寿命进行全面分析。该方法可以作为在役起重装备钢结构件疲劳寿命预估的定性评判依据，其计算结果对实际设计或检查工作具有重要的借鉴意义。
　　再次，本书从Miner累积损伤的定义出发，视累积损伤为随机过程、临界损伤为随机变量，基于疲劳动态可靠性理论，提出在预期寿命下起重装备钢结构件寿命可靠性评估方法，对其进行概率分析。明确回答针对63000次循环设计寿命，起重装备钢结构件失效的概率有多大，通过计算分析得出，钢结构件绝大部分区域的可靠度能够保持在较高水平，而局部区域则需要执行定期检修。在获知预期寿命可靠度的基础上，引入形质灵敏度设计，优化零件参数，在不改变结构质量的同时减小最大变形，进而间接减小最大应力，提高产品可靠度，避免以往通过增加结构参数的尺寸来减小最大应力，即通过增加产品的质量来换取可靠性提高的弊端。
　　最后，本书通过对起重装备进行各种试验检测验证，分析试验数据，判断其是否满足规定的设计使用寿命、安全性、可靠性要求。
　　本书共分为7章，全书由郑钰琪负责统稿，其中：第1章和第7章由郑钰琪编写，第2章由任庆洪、冯碧敏编写，第3章由周正啟编写，第4章和第5章由王三民编写，第6章由王冬梅编写。
　　在撰写本书的过程中参阅了大量文献，在此谨向其作者表示感谢。
　　由于水平有限，书中不足之处在所难免，恳请读者批评指正。

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