起重运输网名词解释——加强工程机械产品的有限寿命设计与试验研究

随机动载荷是工程机械作业过程中最普遍、最主要的载荷型式，并直接影响着机械作业质量、可靠性、平顺性和机械操作的舒适性。据有关统计，机械零部件的破坏５０％—９０％为疲劳破坏引起的功能丧失及强度破坏。采集、编辑、试验模拟、强化工程机械实际工况中的随机动载荷，并能在室内试验台架上精确地再现，是进行现代工程机械有限寿命设计的有力手段和主要途径。
　　我国的工程机械设计现在基本上仍处于静强度设计阶段，多数产品仅做静强度计算，而没有对主要关键零部件进行有限疲劳寿命设计，因此，设计出的产品有些部位裕量过大，有些部位却又经常发生疲劳破坏，而且整个工程机械的产品质量和可靠性又大大低于发达国家的同类产品。
　　机械有限寿命设计技术在本世纪７０年代，首先在英国火车的结构设计上正式投入应用。８０年代在世界工业发达国家迅速得到推广和应用。这种有限寿命设计的特点是产品设计图纸上出现了使用寿命指标，用产品的可靠工作时间指标替代了经验设计中的保险系数来保证设备的可靠性。德国Ｄｅｍａｇ、Ｌｉｅｂｈｅｒｒ、美国ｃａｔｅｒｐｉｌａｒ等国际性工程机械制造商都相继大量购买了相应的有限寿命设计分析软件及其相关的数据采集、编辑、分析系统和电液伺服试验模拟系统并应用于工程机械产品的开发设计中去，已获得了十分成功的工程机械应用实例。
　　机械产品的有限寿命设计交叉融合了实验力学、计算力学、断裂力学、材料力学、材料学、应用数学、数字信号处理技术、无线遥测技术、计算机软硬件技术、机电设计学、测试技术、传感器技术等多学科的前沿应用理论的综合技术。通过对工程机械设备随机受力状态、振动冲击等物理信号的实地测试，在计算机内，寿命分析、频谱分析、有限元分析、模态分析等专家系统软件包融交叉在同一台计算机的闭环工作流程中，进行寿命设计、故障诊断。由于计算机把测试数据（ＣＡＴ）和产品设计（ＣＡＤ）融为一体，形成各学科相辅相成的计算机辅助机械工程技术（ＣＡＥ）。
　　虽然工程机械产品有限寿命设计及其相关试验技术在国外同行业中的应用已十分普遍和成熟，但在国内工程机械行业才刚刚起步，缺少一定的工程应用实例及经验，以及成熟的软件交流及试验技术及方法。
　　徐州工程机械研究所结构振动疲劳试验台近年来在工程机械及主要结构、零部件试验方面作了许多工作，并掌握了一定的试验技术与方法，但在与产品有限寿命设计的结合方面还有一定的距离，为了更好更快跟上发达国家的开发设计水平，并把这一高新技术应用到工程机械中去，通过加强学习和引进国外类似机械行业技术，充分利用现有条件，加强试验技术在产品开发、设计、研究中的应用。这对提高我公司、我国工程机械产品设计开发水平和市场竞争力具有十分重要的意义。
　　加强工程机械产品的有限寿命设计及试验研究，采用以工程应用实例为主线的强化集中学习方式，同有关专家一起就国内外机械行业中的有限寿命设计及试验研究的理论、实测、软件开发及使用、试验技术、数学模型的建立及相应模拟试验等项目内容进行探讨和学习。其主要内容如下：
　　●工程机械有限寿命设计和试验的理论及系统的软、硬件构成。
　　●工程机械有限寿命设计及试验的软件系统应用及开发。
　　●工程机械有限寿命设计及试验的硬件操作及使用。
　　●工程机械有限寿命设计工程问题模型化的建立。
　　●工程机械有限寿命设计及试验的试验技术及方法。
　　●工程机械典型产品的有限寿命设计及试验的工程应用实例。
　　建立健全工程机械有限寿命设计及试验研究的体系，对提高工程机械主导产品质量和可靠性，充分形成企业自主开发产品的健全体系提供十分有力的技术支持。
　　通过对工程机械主导产品的有限寿命设计、试验和优化可以降低整机的重量，从而通过降低成本来提高市场的竞争力。以工程机械结构件为例，如果每台３０吨重的产品自重降低５％，那么每台就可节省１５吨钢材，而每月按生产５０～１００台这种产品计算，每月可节省７５～１５０ｔ钢材。可见经济效益十分可观。
　　对工程机械主导产品进行有限寿命设计和试验可以向设计人员提供丰富的设计和修改参数及依据，从而丰富我国疲劳试验数据库。还可以为我国工程机械行业及其他行业产品的开发、研制提供世界一流的技术手段，其社会效益也十分深远。
　　工程机械有限寿命设计及试验研究体系的建立可以使我国工程机械行业的设计与开发进行一次革命。从过去单一的类比设计过渡到现代试验和计算机辅助设计结合上来，真正使ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ一体化。
可以预计，工程机械主导产品的有限寿命设计及试验研究具有十分可观的直接或间接的经济效益，也具有广泛和长远的社会效益，因为这是更高层次上的技术和经济的竞争基础。
原作者：徐州工程机械研究所刘汉光　陆永能　董栓牢