摘要
桥式起重机是工业生产车间进行物料搬运的重要机械产品，巨大的使用基数和对特种设备的安全性要求使起重机安全服役意义重大。桥式起重机长期在复杂环境下进行高频率吊装工作，而结构是起重机承载的关键组成部分，频繁的服役吊装将使结构疲劳承载能力产生不可逆的退化，针对起重机结构开展面向服役期的疲劳特性研究并准确量化结构疲劳寿命具有重要意义。起重机是由结构与机构耦合而成的复杂机械系统，机构的持续服役运动将引发结构应力特性的连续变化并使结构疲劳。且由于机构服役吊装过程中由部件运动引发的瞬态载荷冲击始终无法避免，导致结构在承受冲击载荷时的振动响应成为评价结构疲劳寿命的关键。因此，需重点开展面向起重机设计与服役过程的深度融合研究，建立机构-结构耦联的运动学-动力学机理模型，基于机构的瞬态运动特征探索结构振动响应下的疲劳承载能力退化机制: 1）针对服役状态下起重机载荷谱预测精度与样本复杂度间的矛盾问题，采用机器学习算法构建具有高精度特征的载荷谱预测模型，提出基于智能优化算法和机器学习理论的融合优化技术，为起重机服役载荷谱预测提供理论支撑; 2）针对起升过程引起的载荷瞬态冲击，通过充分考虑起重机各组成部分的刚-柔耦合特征，建立基于结构振动理论的起重机起升过程动力学模型，获得了吊载离地起升时的钢丝绳牵引力变化规律，为研究结构疲劳损伤所需应力-时间历程提供数据支持; 3）针对起重机突然卸载和大车运行通过轨道缺陷引起的结构冲击效应，建立了相应工况下的起重机结构动力学模型，获得了各工况下起重机载荷的振动响应变化规律，为分析冲击效应对结构疲劳损伤的影响提供了理论依据; 4）为保证起重机结构的绝对服役安全，分析在载荷冲击下起重机结构应力指标的变化情况，探索复杂服役工况耦合作用下的结构疲劳寿命计算准则。基于断裂力学理论和动力学模型探究在复杂服役工况耦合下的结构疲劳损伤影响规律，为针对起重机结构的疲劳寿命准确预测提供具体研究方案。 本文通过建立结构动力学模型以实现对瞬态载荷冲击下结构应力指标变化规律的准确获取，本文研究内容将实现冲击效应下起重机金属结构破坏机理的深入探究，为准确预测起重机结构疲劳寿命提供科学依据，具有重要的理论意义与工程价值。
NETL