(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211269820.1 (22)申请日 2022.10.18 (71)申请人 河南卫华重型机 械股份有限公司 地址 453400 河南省新乡市长垣市山海大 道18号 (72)发明人 刘永刚　钮鹏超　穆广金　任路路　 李保钦　陈子义　张昆昆　 (74)专利代理 机构 郑州中科鼎佳专利代理事务 所(特殊普通 合伙) 41151 专利代理师 田惠玲 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/15(2020.01)G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种桥式起重 机主梁裂纹实时监测方法 (57)摘要 涉及起重机械领域的一种桥式起重机主梁 裂纹实时监测方法， 包含以下步骤： S1、 确定主梁 裂纹初始状态， 获得初始裂纹的形状系数Y； S2、 获取载荷谱， 得到等效应力幅载荷； S3裂纹长度 的实时估算； S4、 裂纹临界尺寸及剩余疲劳寿命 的估算； 该实时监测方法不需要频繁对主梁进行 无损探伤， 根据起重机日常运行数据， 利用断裂 力学方法估算主梁裂纹的扩展状态， 实现对主梁 裂纹的实时监测。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 115358093 A 2022.11.18 CN 115358093 A 1.一种桥式起重 机主梁裂纹实时监测方法， 其特 征是： 包含以下步骤： S1、 确定主梁裂纹初 始状态， 包含对裂纹初始位置、 形状及初 始长度a0的确定， 并获得初 始裂纹的形状系数Y； S2、 获取载荷谱， 得到等效应力幅载荷； S2.1、 根据起重机安全监控系统所采集的一个工作循环的数据， 计算每条记录数据对 应的裂纹所在位置的综合应力， 获得 该工作循环中的应力时间历程数据； S2.2、 根据三峰谷雨流计数法， 对应力时间历程数据进行计数统计， 得到该工作循环产 生的载荷谱， 获得若干个 应力幅∆σi和对应的循环次数 ni； S2.3、 依据Paris公式得到的RMP等效载荷法将一个工作循环内的应力统计为等效应力 幅： ； 式中，m为 Paris公式 中的材料系数； N 为该工作循环中的总应力循环次数； S3、 裂纹长度的实时估算； S3.1、 将形状系数Y、 等效应力幅载荷及工作循环开始前的裂纹长度 ai带入到下面公式 中， 获得该次工作循环时的应力强度因子： ； S3.2、 在Paris公式的基础上， 考虑裂纹塑性区域扩展的超载迟滞效应， 采用Wheeler公 式计算出一个工作循环后裂纹的尺寸： ； 式中， C为材 料常数；Cp,i为迟滞因子； S4、 裂纹临界尺寸及剩余 疲劳寿命的估算； 临界裂纹尺寸依据下式计算： ； 式中，∆σmax为循环应力的最大应力幅, Kc为材料的断裂韧性； 裂 纹 由 初 始 长 度 a0扩 展 至 ac临 界 裂 纹 所 经 历 的 总 应 力 循 环 数 为 ： ； 式中，Cp=1， 应力强度因子 ∆K及迟滞因子为裂纹长度 a的函数： ； 式中，∆σn为依据已有的载荷数据筛 选出典型工况的应力幅。 2.根据权利要求1所述的桥式起重机主梁裂纹实时监测方法， 其特征是： 在步骤S1中， 利用无损探伤手段确定主梁裂纹初始状态， 查阅应力强度因子手册并结合有限元方法确定 裂纹的形状系数Y 。 3.根据权利要求1所述的桥式起重机主梁裂纹实时监测方法， 其特征是： 在步骤S2.1 中， 起重机一个工作循环的运行情况， 包含 大、 小车起制动， 大、 小 车位置、 起重量， 建立桥式权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115358093 A 2起重机结构力学模型， 根据起重机安全监控系统所采集的一个工作循环的数据， 将主梁按 照简支梁模型计算每一个工况下裂缝所在位置的名义应力； 由于主梁受力主要为弯矩、 剪 力和扭矩， 因此名义应力包括弯矩产生的正应力σ0和剪力及扭矩产生的切应力τ， 根据 VonMises准则计算裂纹位置的综合应力： 。 4.根据权利要求3所述的桥式起重机主梁裂纹实时监测方法， 其特征是： 若裂纹位于腹 板与盖板相交的焊缝位置， 则应考虑约束扭转及约束弯曲， 实际应力比自由弯曲及自由扭 转的应力大， 需要计算焊缝位置的实际应力： 。 5.根据权利要求1所述的桥式起重机主梁裂纹实时监测方法， 其特征是： 在S2.2中， 根 据三峰谷雨流计数法， 对一系列应力数据点 P1，P2，P3，…，Pn统计， 若｜ Pi‑Pi‑1｜≤｜Pi‑Pi+1｜， 则 将 ｜Pi‑Pi‑1｜记录为一次应力循环幅， 应力点 Pi标记已统计， 剩余应力点数据继续进行下一次 计数。 6.根据权利要求1所述的桥式起重机主梁裂纹实时监测方法， 其特征是： 在S2.2中， 进 行三峰谷雨流计数法之前， 首先对应力时间历程数据进行等值点压缩及峰谷值检测， 筛选 掉相邻重复的应力值及非峰谷值点， 形成完整的应力时间历程 曲线， 再将得到的载荷历程 数据首尾的数据调整为相同， 将曲线从最高峰处拆开， 首尾对接， 形成新的应力时间历程曲 线来进行计数统计。 7.根据权利要求1所述的桥式起重机主梁裂纹实时监测方法， 其特征是： 在S3.2中， 迟 滞因子Cp,i由下式计算： ； 式中，aol,i为上一次超载循环时的裂纹长度， ay,i为此次载荷循环开始时的裂纹长度， hy,i为此次载荷循环造成的塑性区尺寸大小， hol,i为上一次超载循环造成的塑性区尺寸大 小， 两者可以通过Irw in公式计算： ； ； 式中，∆Ki为此次循环的应力强度 因子，∆Kol,i为上一次超载循环时的应力强度因子， σs为材料的屈服强度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115358093 A 3