对于升降车臂架结构而言，能否通过修复恢复其性能、延长其服役寿命仍需进一步研究    中山沙溪升降车出租, 中山沙溪升降车, 升降车出租  一般来说，升降车臂架结构可分为三大类：第一类为“继续使用型”，该类臂架结构经过检测后可直接使用；第二类为“修复型”，该类臂架结构可通过先进修复技术使其性能得以恢复；第三类为“报废型”，指不具有疲劳剩余寿命的臂架结构或具有疲劳剩余寿命，但疲劳剩余寿命周期内臂架结构的现役性能（可靠性、强度冗余性）及使用的安全性难以保证。综上所述，升降车臂架结构可修复性决策结果：继续使用、修复后再使用或报废处理。其中，修复后再使用对延长服役寿命、节约能源、减少材料利用率以及环境保护的贡献最大。升降车损伤臂架结构可修复性决策，旨在建立可修复性能量化方法，以判断臂架结构是否具有修复价值。经历过一个或多个检测周期的升降车臂架结构，其类型、服役工况、作业环境、损伤情况，失效模式等因素的差异性，使得其修复效益和可修复性具有不确定性。因此，升降车厂实施修复前，需对损伤臂架结构的可修复性进行评估及决策。为全面考虑升降车损伤臂架结构的可修复性，从结构现役性能可利用性、技术可行性、经济可行性及环境资源可行性的维度，建立损伤臂架结构可修复性综合评估与决策模型。在此基础上，给出损伤臂架结构可修复性的最终决策结果：继续使用，修复后再使用或报废处理。损伤臂架结构可修复性综合评估与决策模型包括4个方面，即结构现役性能的可利用性分析、修复技术可行性分析、经济可行性分析和环境资源可行性分析。其中，对于处于损伤臂节截面拉应力区域的危险点，在确保其具有疲劳剩余寿命的条件下，通过疲劳剩余寿命可靠性分析，确定危险点处损伤臂节的现役性能；对于处于损伤臂节截面压应力区域的危险点，在确保其进入修复准入期的条件下，通过强度冗余性分析，确定危险点处损伤臂节的现役性能，进而判断危险点处损伤臂节的现役性能是否具有修复优势。在现役性能具有修复优势的条件下，以修复工艺过程为基础，量化分析修复技术可行性评价指标（拆卸简易程度、清洗可行性、检测分类可行性、修复处理可行性、再装配简易性），确定修复技术可行性指标值T，结合修复技术可行性阈值TT确定修复技术的可行性。在修复技术可行的条件下，通过预测待评估升降车损伤臂架结构的修复成本XF，结合购置新品所需费用GF，确定损伤臂架结构经修复后是否具有经济性优势。在经济可行性得以满足的条件下，利用环境资源可行性分析方法，对110损伤臂架结构从节省材料、节约能源、减少污染物排放等方面分析修复的环境资源效益，给出损伤臂架结构可修复性综合评估的最终决策结果。

    现役性能可利用性分析, 升降车损伤臂架结构本身的现役性能是决定修复能否有效实施的评价维度之一，是进行修复技术、经济、环境资源可行性分析的基础。针对损伤臂架结构危险点的分布及其失效模式，分别采用疲劳剩余寿命可靠性分析方法和强度冗余性分析方法，确定危险点处损伤臂节现役性能的可利用性。基于疲劳剩余寿命可靠度的现役性能可利用性经历过一个或多个检测周期的升降车臂架结构，由于其服役工况、服役环境、失效模式的差异性，导致即使是同一机型的产品，臂架结构危险点的寿命特征也不相同，其危险点处损伤臂节的可靠性及使用过程中的安全性也具有差异性。疲劳剩余寿命评估是升降车损伤臂节可修复性判断的基础。对于升降车损伤臂节而言，其是否具有疲劳剩余寿命，其疲劳剩余寿命能否维持下一个检测周期，直接影响现役性能可利用性的评估结果，进而影响以现役性能可利用性为评价指标的可修复性决策结果。为准确评价危险点处损伤臂节的现役性能，针对处于损伤臂节截面拉应力区域的危险点（易发生疲劳破坏），以升降车臂架结构疲劳剩余寿命估算法为基础，结合结构可靠性分析方法与新型智能优化算法，建立升降车损伤臂节的疲劳剩余寿命可靠性分析模型，分析当前检测节点及下一个检测周期节点时损伤臂节危险点处疲劳剩余寿命的可靠度，结合臂架结构可靠性阈值，判断损伤臂节现役性能的可利用性，并给出以损伤臂节现役性能可利用性为评价指标的可修复性决策结果。

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    损伤臂节疲劳剩余寿命可靠性, GB3187-82“可靠性基本名词术语及定义”中规定，结构可靠性是指规定条件下和规定时间内，结构完成规定功能的能力。对升降车损伤臂节而言，其疲劳剩余寿命可靠性的定义为：在正常作业条件下，设计寿命期内，损伤臂节不发生疲劳失效并能正常作业的能力。以断裂力学理论为基础，利用疲劳剩余寿命大于设计寿命的概率来评价升降车臂架结构的可靠性。

    1）损伤臂节疲劳剩余寿命功能函数疲劳载荷作用下，升降车臂架结构材料内部的损伤不断加强，性能逐渐弱化，疲劳剩余寿命随着工作时间或起升循环次数的增加而减少，损伤臂节发生疲劳破坏的概率不断上升。这种关系可用极限状态函数，即功能函数来表示：为疲劳剩余寿命，是一个随工作时间t或起升循环次数增加而下降的动态随机过程；tLd为设计寿命，是一个随自然年增加而减小的动态随机过程；tLs为安全余量，即极限状态的随机过程。若某一时刻损伤臂节的疲劳剩余寿命tLf小于或等于其设计寿命tLd，即tL0s，损伤臂节处于失效状态；损伤臂节疲劳剩余寿命tLf大于其设计寿命tLd（即臂架结构的设计寿命），即tL0s，则损伤臂节处于安全状态。由升降车臂架结构疲劳剩余寿命评估方法可知，耦合失效模式或单一失效模式时，采用Forman模型与Pairs模型得到危险点处疲劳剩余寿命计算结果的相对误差均小于10%（工程实际所允许的误差范围），二者均适用于升降车臂架疲劳剩余寿命估算。但Forman模型的比较复杂，且高强钢（升降车臂架结构常用材料）在该模型下的材料疲劳裂纹扩展参数CF、mF难以获得，通常通过Pairs公式中的材料疲劳裂纹扩展参数C、m经公式KKRCF、mF=m转换得到。同时，由材料疲劳裂纹扩展实验可知，对于低应力比的疲劳裂纹扩展，Paris、Forman模型均具有较好的准确度，但是随着应力比的增大，Forman模型的研究结果有较大失真，出现这种结果的原因除了模型理论本身的因素外，参数的增加也给拟合带来困难和误差。

     综合上述分析，采用Pairs模型构建损伤臂节疲劳剩余寿命可靠性分析中的极限状态函数。对于升降车而言，因此，将设计寿命、疲劳剩余寿命的动态随机化过程按检测周期离散化，将每个检测时间节点的疲劳剩余寿命及其设计寿命转化为随机变量。由于升降车损伤臂节各危险点的应力比均大于0，因此以Pairs模型为基础，确定各检测周期节点上损伤臂节疲劳剩余寿命可靠性分析中的极限状态函数为：siL为为第i个检测周期节点的安全余量；ia为第i个检测周期节点的初始裂纹尺寸；la临界裂纹尺寸；diL为第i个检测周期节点的设计寿命；C，m为疲劳裂纹扩展参数；Y为形状参数；为为应力变程。

    2）疲劳剩余寿命可靠性分析中关键参数及其获取方法，影响疲劳剩余寿命可靠性分析的关键参数有：第i个检测周期节点的初始裂纹尺寸ia、临界裂纹尺寸la、疲劳裂纹扩展参数m和C、形状参数Y、应力变程和第i个检测周期节点的设计寿命diL。因此，可将损伤臂节疲劳剩余寿命安全余量视为多个随机变量的函数，即：第i个检测周期节点的初始裂纹尺寸ia升降车臂架结构作为典型的焊接结构，在焊接过程中不可避免的出现各种各样的焊接缺陷，主要包括外观缺陷和内在缺陷两大类：外观缺陷有咬边、气孔、夹渣、焊瘤及未焊透等；内在缺陷有未融合、内在裂纹及焊接残余应力。通过无损检测技术对焊缝缺陷进行判断，对裂纹参数（长度、深度、自身高度、埋藏深度、方位及走向等）进行识别，经当量化处理，将其转化为用于疲劳剩余寿命评估的规则裂纹（表面裂纹、中心裂纹和边裂纹），并给出初始裂纹尺寸。由于升降车已服役多年，其原始新品时臂架结构焊接处的初始裂纹长度难以获得，因此以100台同型号的升降车臂架结构现阶段的宏观裂纹a（l1.0aa）检测结果为基础，结合扩展后的裂纹尺寸计算公式，反推可得到100组臂架结构焊接处的初始裂纹长度0a及各检测周期节点的初始裂纹尺寸ia。

   （2）临界裂纹尺寸la在给定疲劳载荷的作用下，构件未发生疲劳断裂所允许的最大裂纹尺寸即为临界裂纹尺寸。由线弹性断裂判定准则可知，临界裂纹尺寸2max1YKacl，其中，cK为材料断裂韧度，max为最大循环应力。因此，以100台升降车的小样本实测载荷谱为基础，利用基于改进相关向量机的当量载荷谱预测模型及臂架结构危险点处第一主应力-时间历程理论仿真模型进行100次预测与仿真，获得100组第一主应力-时间历程仿真结果，从而得到100个最大循环应力，继而得到100个临界裂纹尺寸。

  （3）Pairs模型中疲劳裂纹扩展参数pm和pC对Pairs模型pmpd/dKCNaΔ两边同时取对数，可得：lgd/dlgNKmCa)lg，在双对数坐标系下，Pairs公式中d/dNa与ΔK呈线性关系，对结构相应材料试验数据,d/[(dΔ])iiKNa进行最小二乘线性拟合，即可确定相应材料的参数pm和pC。对升降车臂架结构而言，其主体结构常采用低合金高强钢。给出GH960钢材取pC=2.690×10-9和pm=2.52。通过试验拟合得到焊接高强钢板Pairs模型中，参数pm的分布范围为1.9~2.5，参数pC的取值范围可根据式2563.36927.1lgppmC确定。屈服强度≥420MPa的高强钢，应力比为0.25，施加恒定最大载荷35kN和最小载荷8.8kN时，Pairs模型中pm的取值范围为3.05~3.49，pC的取值范围为5.72×10-10~1.16×10-8。屈服强度≥785MPa的高强钢，应力比0.1时，Pairs模型中pm的取值范围为2.461~2.790，pC的取值范围为-8-810×3.664~10×1.052。以混凝土泵车臂架结构为研究对象，其Pairs模型中疲劳扩展参数2.42pm、101.21-9pC。由此可见，裂纹扩展参数pm、pC具有较大的分散性。综合考虑上述文献中参数的取值范围，确定pm符合均值为2.566，标准差为0.134的正态分布，同时由于参数pm和pC是通过疲劳裂纹扩展实验拟合得到的常数，二者之间具有很强的相关性，pC可通过计算得到。

   （4）形状参数Y形状参数Y一般指裂纹尺寸a和板宽W的函数WaY),(。升降车臂架结构翼缘板、腹板的宽度远大于裂纹尺寸a。因此，可将带裂纹的翼缘板和腹板视为中心裂纹无限大板或单边裂纹无线大板。对于中心裂纹无限大板，Y1；对于单边裂纹无限大板，Y12.1[199,200。

   （5）应力变程, 以上述100组第一主应力-时间历程理论仿真结果为基础，采用雨流技术法，获取100组10级应力幅值谱和应力均值谱，结合Miner应力幅等效法，继而得到100个等效应力变程。

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