機械結構的疲勞壽命預測與可靠性研究

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摘要：機械設備廣泛應用于建筑活動，機械結構穩定性對工程項目建設質量以及建設進度有直接影響，采取有效措施檢測機械結構可靠性，預測機械結構疲勞壽命，能為機械結構調整、機械結構可靠性設計提供依據。本文首先進行理論介紹，然后分析機械結構疲勞壽命預測與可靠性方法研究現狀，最后提出機械結構可靠性提升措施。

關鍵詞：機械結構；疲勞壽命預測；可靠性；方法

目前工程項目建設規模擴大，工程建筑項目開展的過程中，做好機械結構疲勞壽命預測工作是極為必要的，選用可靠性方法不僅能夠保證機械結構安全性，而且還能大大提高機械運行效率。

1理論介紹

1.1機械結構疲勞

機械設備長時間運行會出現疲勞現象，嚴重者還會產生裂紋，導致機械設備完整性被破壞，這在一定程度上會加大機械設備運行風險，降低機械結構可靠性。機械設備疲勞表現在兩方面，第一方面即機械結構發生塑性應變，第二方面即機械設備發生彈性應變，由于機械設備疲勞受多種因素影響，如果影響因素未能合理控制，那么疲勞度會在短時間內大大增加。常見影響因素主要有溫度、載荷等，因此，預測機械結構疲勞度壽命時應綜合考慮，這對疲勞度等級劃分有依據作用。

1.2機械結構可靠性

機械結構可靠性貫穿于設計階段、實際使用階段、維修養護階段，機械結構可靠性影響因素較多，其中，材料性質、材料尺寸及形狀、使用環境、負載情況對可靠性有關鍵性影響，間接影響機械設備使用性能以及使用壽命。隨著機械結構運行時間的延長，機械機構故障問題隨之增多，會不同程度的威脅建筑工程安全性，基于此，相關部門高度關注，并分析機械結構疲勞問題產生原因，提出問題處理的相應措施，制定機械結構可靠性方法。

2基本現狀

機械結構之所以會出現構件失效現象，主要是因為機械結構疲勞壽命縮短導致，現如今，機械設備應用范圍不斷拓展，機械設備只有增強性能，才能提高在高溫、高速這類嚴苛環境中的適用性。隨著科學技術的不斷發展，機械結構疲勞壽命預測與可靠性方法不斷創新，這對機械結構優化有重要意義。

2.1疲勞壽命預測現狀

目前，相關學者深入研究機械結構疲勞壽命論題，研究視域相對廣闊，針對多類型交通工程展開分析。實際預測的過程中，以虛擬模型構建為基礎，有步驟進行疲勞壽命測試。其中，所構建的虛擬模型具有成本低廉、先進技術融合應用等優點，但虛擬模型呈現的真實性較差。物理測試雖具有較強真實性，并且物理試驗可行性較高，但物理測試期間會浪費較多人力資源和物力資源。為了提高機械結構疲勞壽命預測科學性與真實性，疲勞壽命預測工作應深入、持續推進。

2.2可靠性方法研究現狀

機械結構可靠性方法探究最早于上世紀20年代開展，這項研究活動得到了國內外學者的高度關注，并且研究學者組織了多樣化實踐活動，通過組織實踐案例、分析實踐案例結果來分析機械結構可靠性。隨著科學技術的不斷升級，可靠性研究方法相應完善。我國應結合機械結構應用實際情況探索可靠性方法，盡最大可能提高機械結構可靠性。

3機械結構可靠性提升措施

要想提升機械結構可靠性，應遵循相關設計流程，并提高各個零部件設計精度，增強機械結構疲勞強度，具體措施分析如下。

3.1遵循相關流程

機械設備質量等級判斷的過程中，以可靠性指標作為判斷依據，要想得到真實的機械設備質量判斷結果，應加大可靠性研究深度。可靠性設計期間，遵循基本流程，通過產品定義、相似技術整理及分析、重新整合載荷條件、調整產品維修計劃。可靠性設計各環節間緊密聯系，并且各環節相互影響，一旦某個環節質量工作不到位，那么會影響機械結構整體質量，為建筑工程項目留下安全隱患。如果機械可靠性設計工作隨意執行，并未按照流程操作進行，機械運行的可靠性就得不到保證，還會拉低整體設計水平，最終呈現的設計效果達不到預期要求，影響機械結構使用性能以及安全性。

3.2提高零件精度

機械結構部件精度控制情況對可靠性提升幅度有重要影響，因此，優選材料時應嚴格檢驗材料質量，分析材料的力學性能，據此預測材料疲勞失效幾率。通過提高零件精度來增強機械結構可靠性，這種方法可行性較高，并且推廣范圍較廣。如果零件精度未能合理控制，即材料質量檢驗工作不到位，機械結構可靠性得不到保證，最終機械結構疲勞壽命會大大縮短。

3.3增強疲勞強度

機械結構有序組裝、機械設備順利安裝后，機械設備運行環境基本確定，并且機械設備環境調整幾率較低。要想調整機械結構疲勞強度，從機械零件入手，通過調整機械結構零件、檢驗零件材質來控制疲勞強度，這對機械結構裂紋縫隙控制有重要意義，能夠縮小裂縫范圍，避免裂縫拓展。

4機械結構疲勞壽命預測與可靠性方法研究趨勢

4.1疲勞壽命預測趨勢

現如今，建筑工程行業不斷發展，為了全面保障建筑工程安全性，在規定時間內完成施工任務，應準確預測機械結構疲勞壽命，采取有效措施提高機械結構可靠性。機械結構疲勞損傷影響因素主要包括三種，第一種即環境，第二種即材料，第三種即力學。當前西方學者應用整體評價法以及全壽命評價法預測損傷強度，方法應用的過程中結合機械結構損傷強度進展情況，利用損傷強度測算公式構建機械機構疲勞損傷預測模型，通過觀察預測模型來掌握疲勞損傷各階段的進展情況。我國學者針對機械結構損傷破壞規律展開分析，并組織疲勞壽命試驗以及疲勞損傷試驗，得出機械設備細節疲勞額定值，據此分析機械結構余下的疲勞壽命值。我國專業學者應穩步、扎實探究機械結構疲勞損傷預測工作，這對機械結構可靠性增強有重要意義。

4.2可靠性方法研究趨勢

隨著先進技術的不斷發展，機械結構疲勞損傷在先進技術的支持下準確預測，并且研究結果數量不斷增多，研究結果準確性大大提高。其中，CAD技術應用于可靠性設計，基于工程模型、結合先進技術完成可靠性設計任務，涉及方法主要有隨機模型法、靈敏度法、變差傳遞法、容差多面體法等。此外，以傳統設計方法為基礎，利用豐富設計經驗形成的可靠性方法，如田口法、廣義模型法。需要注意的是，靈敏度分析法與極小化靈敏度分析法存在差異，前者適用于設計變量變差，后者適用于優選適合的設計變量，盡最大可能提高設備質量，保證機械結構穩定性和可靠性。數學模型構建的過程中，受工程模型穩健性影響較大，實際設計期間應掌握設計核心，針對已有問題以量化方法表達，同時，合理確定技術參數，充分發揮技術參數的正向作用。目前，機械結構可靠性方法以數學模型為導向，通過應用計算機技術為主線的智能算法來完成可靠性設計目標。隨著科學技術的不斷發展，新興學科大量出現，其中，機械結構疲勞壽命預測相關學科的成立，為疲勞學科常見問題處理提供了專業人才，進而能夠突破疲勞問題分析阻力，充分發揮神經網絡、遺傳算法的應用優勢，大大提高信息理論法、可靠性分析方法的利用率。目前，新興學科間良好融合，為機械結構疲勞壽命預測與可靠性設計研究奠定了良好基礎。

5結語

綜上所述，科學技術不斷發展，機械結構疲勞壽命預測與可靠性方法探究得到了可靠的技術支持，在了解研究現狀的基礎上，通過有效措施提高機械設備可靠性，優化機械設備結構。不僅能為今后機械結構調整奠定良好基礎，而且還能提高機械結構設計合理性。

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作者:靳峰雷 單位:中國原子能科學研究院