臂架结构作为登高车的主要承载结构件，长期承受变化载荷的作用， 而载荷及工况的复杂性和不确定性严重影响该结构的安全性    中山南头登高车出租, 中山南头登高车, 中山登高车出租   登高车已服役多年，其报废期限和剩余寿命至今尚无评判标准。为保证登高车臂架结构使用的安全性，采用设备在役再制造技术（即修复技术），对其进行修复和补强，是延长其使用寿命的有效途径。然而如何评价在役登高车臂架结构的疲劳剩余寿命，以确保臂架结构在役再制造的最佳准入期，依然是悬而未决的关键问题。目前，在工程机械产品疲劳剩余寿命评估领域，国内外进行了广泛的研究并取得了丰硕的成果。其中，针对重型工业设备-超大构件的疲劳寿命评估问题，提出基于雨流计数-局部应变的结构件使用等级估算模型。为估算拉伸载荷作用下大型构件的疲劳寿命，提出了一种有限试验与计算分析相结合的疲劳寿命预测方法。在试验记录钢厂桥式登高车运行情况的基础上，统计了该登高车的实测载荷谱，建立了该登高车运行轨道的有限元模型，探讨了轨道的疲劳剩余寿命。针对焊接连接件的疲劳寿命问题，提出了基于试验数据点的等效裂纹法，提出了基于疲劳裂纹扩展过程的寿命评估法。上述研究主要依赖现场测试或有限元仿真模拟获取危险点的应力/应变数据，且主要针对较小的零部件和农业机械的结构件，对于大型登高车臂架结构而言，实时监测难度大，周期长，成本高。

    为解决这一问题，本章引入“采集+统计/预测+实测+理论仿真+对比”组合策略，在采用新型智能优化算法的人工智能预测技术获取登高车当量载荷谱或数理统计计数获取登高车随机载荷谱的基础上，结合损伤容限设计及断裂力学理论，建立基于当量或随机载荷谱的疲劳剩余寿命评估模型，提出基于工作循环载荷动力效应及多失效模式耦合的登高车臂架结构疲劳剩余寿命评估法。以新型智能优化算法改进支持向量机（v-SVR）、相关向量机获取的登高车当量载荷谱或数理统计技术获取的随机载荷谱为基础，结合登高车臂架结构潜在失效模式预测法，确定臂架结构危险截面及危险截面上的危险点，构建单一及耦合失效模式下臂架结构危险截面的当量截面，以当量截面属性反映结构应力水平的变化。根据登高车工作循环过程，分析其臂架结构工作循环过程中的载荷动力效应，利用登高车金属结构设计理论、动力学理论，建立危险点处第一主应在役登高车臂架风险与寿命评估及可修复性决策78力-时间历程的理论仿真模型，结合有限元仿真技术（光纤/光栅/应变片试验），验证理论仿真模型的准确性，再现各工作循环过程中臂架结构危险点处第一主应力随时间的变化过程，通过雨流计数法获取对应危险点的双参应力谱（应力幅值谱、应力均值谱）。以断裂力学、损伤容限设计为理论依据，分别采用Miner理论、Pairs、Forman公式构建基于当量或随机载荷谱的疲劳剩余寿命评估模型，估算单一及耦合失效模式下，臂架结构对应危险点处的疲劳剩余寿命。

   随机载荷谱或当量载荷谱的获取,  为快速有效实现在役登高车臂架结构疲劳剩余寿命估算，预防灾难性事故发生，确保其服役过程中的安全性，需获取符合工程实际的载荷谱。由于登高车臂架结构承受着多种复杂变化的重复载荷，而载荷在时空上间歇、循环的随机性，导致实测载荷的随机性以及试验条件的局限性，致使大规模的载荷谱试验难以实施。为此提出，以数理统计技术或新型智能优化算法的人工智能预测技术为理论基础，采用“采集+统计/预测”相组合的方法，获取登高车的随机或当量载荷谱（见第3章登高车载荷谱获取方法）。登高车载荷谱获取方法登高车臂架结构潜在失效模式预测方法当量载荷谱/随机载荷谱危险截面的危险点分析臂架结构工作循环中的载荷动力效应原始截面及截面属性失效模式下的当量截面及其截面属性追溯检测臂架结构危险点处第一主应力-时间历程的理论仿真模型第一主应力-时间历程仿真结果登高车臂架结构参数化有限元模型和仿真计算平台危险点<=>检测点应力幅值谱、应力均值谱光纤/光栅/应变片实测模型雨流计数法提取验证构建基于当量载荷谱或随机载荷谱的疲劳剩余寿命评估模型Miner理论、Pairs、Forman公式单一失效模式下，危险点处的疲劳剩余寿命耦合失效模式下，危险点处的疲劳剩余寿命.

   

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    臂架结构危险位置及截面属性, 以登高车臂架结构潜在失效模式预测方法为理论指导，根据待评估登高车臂架结构潜在失效模式信息，确定臂架结构的危险截面及危险截面上的危险点。臂架结构作为登高车的主要承载结构件，其自重的轻量化，起重量的重载化，空间的大型化，时间的高速化，作业的频繁化，以及在长期的使用过程中，由于机械载荷、环境条件、腐蚀因素以及运输、装配过程中磕碰现象的影响，导致在役臂架结构存在严重缺陷，具有多失效模式耦合相关性。对于大型登高车臂架结构而言，不同失效（缺口裂纹、焊缝撕裂、局部屈曲及其相互耦合）模式下的破坏试验、结构强度性能试验难度较大，周期较长，成本较高，导致臂架结构强度性能下的应力水平难以获得，为此提出构建当量截面，以当量截面属性（即用折减系数对原始截面属性进行折减）反映结构应力水平的变化。单一失效模式下的当量截面：l、h和w分别表示与裂纹、焊缝和局部失稳相对应的失效模式下危险点所处截面的截面属性折减系数，即当量截面折减系数；l、h和w分别表示对应失效模式下危险点处的强度，单位为MPa；l0、h0和w0为对应失效模式下原始截面危险点处的强度。耦合失效模式下的当量截面：c为耦合失效模式下危险点处的强度；l、h和w为对应单一失效模式下折减系数的标准值；0为原始截面上危险点处的强度；c为耦合失效模式下对应危险点所处截面的截面属性折减系数，即当量截面折减系数。根据臂架结构危险截面的位置，确定各截面的尺寸特征参数，包括臂架结构原始截面尺寸特征参数和危险截面的尺寸特征参数，进而确定原始截面属性（截面面积A、惯性矩I、弯心位置YX],[。在此基础上，利用登高车臂架结构参数化有限元模型和仿真计算平台，分别确定原始截面和危险截面下危险点处的强度，计算当量截面折减系数，在役登高车臂架风险与寿命评估及可修复性决策80进而确定危险截面的当量截面属性（截面面积A、惯性矩I、危险点距弯心的距离）。

 

   臂架结构危险点处应力谱的获取方法,  登高车服役过程面临多失效模式耦合的影响，导致其臂架结构处于多轴复杂应力状态下。因此，臂架结构的疲劳裂纹通常在应力三维度最大的位置产生，裂纹产生面为剪应力幅最大的平面，而裂纹扩展方向为第一主应力（即最大拉应力）的垂直方向。登高车臂架结构危险截面上危险点处第一主应力-时间历程的获取可采取多种方法，最为直接的方法是通过物联网技术中的传感器技术，结合光栅传感器对服役期间的登高车臂架结构应力数据进行实时采集，也可通过现场贴片试验，利用动态应变仪采集数据。上述方法采集到的数据准确可靠，但需要耗费大量的人力物力，对于服役多年的大型登高车伸缩式或格构式臂架而言，结构本体的多种缺陷导致在某些关键点处贴应变片比较困难，试验难度较大，况且得到的应力数据仅适用于特定机型下的特定适用场所。针对上述问题，本节以金属结构理论为指导，利用“理论仿真为主，有限元模拟及试验验证为辅”的思想，分析登高车工作循环过程中臂架结构的载荷动力效应，构建臂架结构危险点处第一主应力-时间历程理论仿真模型。根据登高车的工作循环过程，采用理论仿真模型，得到符合工程实际的第一主应力-时间历程仿真结果，通过雨流计数法从仿真结果种提取双参应力谱，即应力幅值谱和应力均值谱。该方法可计算各种机型、各种使用场合、各种服役工况的登高车臂架结构的应力特性，灵活性较大，同时也可降低人力物力的投入。

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