1 起重机械金属结构概述 1
1.1 起重机械金属结构及其特点 1
1.2 起重机械金属结构的材料 5
1.2.1 金属结构用材料的类别与特征 5
1.2.2 钢材的选择和钢材的规格 8
1.3 起重机械结构安全检验任务和发展 11
1.3.1 企业自检 12
1.3.2 强制性检验 13
1.3.3 委托检验 14
2 相关法律法规及标准 17
2.1 国外安全评估法规标准的演变与发展 17
2.2 国内安全评估相关法律法规介绍 18
2.3 起重机械结构安全管理体系 20
2.3.1 现行技术规范和标准在起重机械结构安全管理上存在的缺陷 20
2.3.2 起重机械结构安全管理体系 21
3 起重机械金属结构服役安全评估技术体系 22
3.1 国内外研究现状 22
3.1.1 安全评估理论方法 22
3.1.2 起重机械金属结构安全评估技术研究现状 26
3.2 起重机械金属结构安全性影响因素分析 30
3.2.1 从构件承载能力角度考虑的影响因素 31
3.2.2 从服役故障角度考虑的影响因素 34
3.3 在役起重机械金属结构安全评估体系的建立 35
3.3.1 安全评估的定义 35
3.3.2 起重机械安全评估的原理 36
3.3.3 起重机械结构安全评估的原则 36
3.3.4 安全评估的目的 37
3.3.5 安全评估的意义 37
3.3.6 起重机械金属结构安全评估体系的流程 38
3.4 金属结构损伤典型分析与检测方法 39
3.4.1 常用结构风险分析方法 39
3.4.2 现代检测技术对损伤的识别 42
4 有限元分析技术 47
4.1 有限元分析技术概述 47
4.1.1 有限元法的理论基础 47
4.1.2 有限元法分析的基本流程 48
4.2 起重机金属结构强度仿真分析 49
4.2.1 起重机金属结构概述 49
4.2.2 强度分析的理论基础 50
4.2.3 起重机金属结构强度分析实例 55
4.3 起重机金属结构模态分析 59
4.3.1 模态分析概述 59
4.3.2 模态分析理论基础 59
4.3.3 起重机金属结构模态分析实例 63
4.4 起重机金属结构稳定性仿真分析 66
4.4.1 结构稳定性概述 66
4.4.2 稳定性分析理论基础 68
4.4.3 稳定性分析有限元计算方法 76
4.4.4 起重机金属结构稳定性分析实例 78
4.5 起重机金属结构疲劳有限元分析 80
4.5.1 疲劳的基本概念 80
4.5.2 疲劳寿命预测的两种理论 81
4.5.3 虚拟疲劳分析过程 83
4.5.4 L型门式起重机的疲劳分析 84
5 无损检测与评价技术 88
5.1 无损检测质量控制要求 88
5.1.1 总体原则 88
5.1.2 文件化控制 89
5.1.3 程序化控制 89
5.1.4 记录化控制 89
5.1.5 协调配合 89
5.2 外观检验 89
5.2.1 焊缝的目视检测 89
5.2.2 焊缝外形的尺寸检测 90
5.2.3 目视检验法的优点及缺点 93
5.3 表面无损检测技术 93
5.3.1 缺陷分类 93
5.3.2 磁粉检测（MT） 95
5.3.3 渗透检测（PT） 98
5.4 超声检测（UT） 100
5.4.1 检测原理 100
5.4.2 超声检测适用范围 100
5.4.3 超声检测的优缺点 101
5.4.4 超声检测的步骤 101
5.4.5 超声检测缺陷定性 101
5.5 声发射无损检测（AE） 101
5.5.1 检测原理 101
5.5.2 声发射技术特点 101
5.5.3 声发射在起重机械上的应用 102
5.6 无损检测新技术简介 103
5.6.1 超声波衍射时差检测技术（TOFD） 103
5.6.2 超声相控阵检测技术 103
5.6.3 超声测厚 103
5.6.4 残余应力 104
5.6.5 激光无损检测 106
5.6.6 红外无损检测 107
5.6.7 微波无损检测 107
6 结构应力应变测试分析技术 108
6.1 应变电测法原理 109
6.1.1 电阻应变片工作原理 109
6.1.2 电阻应变片的基本结构 110
6.1.3 电阻应变片的技术参数 110
6.1.4 电阻应变片的选用 111
6.2 电阻应变记录仪 111
6.2.1 应变仪的分类 112
6.2.2 载波放大式应变仪的组成及工作原理 113
6.3 测试过程的影响因素及信号数据的处理方法 114
6.3.1 应变电测系统的噪声干扰与抑制 115
6.3.2 典型影响因素 116
6.3.3 数据预处理 117
6.3.4 测试信号数据处理 119
6.4 应变电测法在起重机械结构安全评估中的应用 120
6.4.1 应力测试在起重机械结构检测与评估中的作用 120
6.4.2 起重机械结构应力测点选择的一般原则 121
6.4.3 贴片方位与应力应变换算 122
6.5 门式起重机应力测试数据分析实例 126
7 结构振动测量与模态分析技术 129
7.1 结构振动测量与模态分析技术概述 129
7.1.1 结构振动测量技术 129
7.1.2 模态分析技术 130
7.1.3 模态分析在故障诊断和状态监测中的应用 131
7.2 振动测量技术 132
7.2.1 振动测量的力学原理 132
7.2.2 振动测量的类型 135
7.2.3 测振传感器 136
7.3 模态测试技术概要 139
7.3.1 频响函数的测试系统 139
7.3.2 信号的描述 140
7.3.3 数字信号处理技术的工作原理 144
7.3.4 宽频带激振 146
7.3.5 频响函数的估计 149
7.3.6 小结 151
7.4 起重机械结构模态测试分析举例 152
7.4.1 模态分析主要工作 153
7.4.2 激振设备和测点的选择 153
7.4.3 传感器的选择 154
7.4.4 测试方案 154
7.4.5 模态测试结果及分析 156
8 基于光纤光栅的起重机械金属结构状态监测技术 161
8.1 光纤光栅传感原理 161
8.1.1 光纤的结构 161
8.1.2 光纤光栅基本原理 162
8.1.3 光纤光栅传感器原理 162
8.2 监测方案设计 163
8.2.1 监测方案设计 163
8.2.2 起重机械结构健康监测方法 165
8.3 光纤光栅健康监测系统实现 167
8.3.1 光纤光栅传感器布点方案确定 167
8.3.2 光纤光栅熔接技术概要 174
8.3.3 熔接工具 175
8.3.4 光纤光栅熔接工艺 176
8.3.5 光纤光栅应变传感器焊接工艺 178
8.4 软件平台搭建 180
8.4.1 交叉敏感问题 180
8.4.2 光纤光栅传感器一次线性拟合公式推导 180
8.4.3 软件平台开发 182
9 剩余疲劳寿命预测 184
9.1 概述 184
9.1.1 疲劳的一般定义 184
9.1.2 疲劳破坏的严重性 186
9.1.3 剩余疲劳寿命的分析方法 186
9.2 名义应力预测法 189
9.2.1 基本S-N曲线 189
9.2.2 平均应力的影响 190
9.2.3 影响疲劳性能的因素 191
9.2.4 Miner线性累积损伤理论 193
9.2.5 案例分析 194
9.3 基于裂纹扩展的疲劳寿命预测法 196
9.3.1 应力强度因子K和材料的断裂韧性KIC 197
9.3.2 疲劳裂纹扩展速率 199
9.3.3 影响疲劳裂纹扩展的若干因素 200
9.3.4 疲劳裂纹扩展分析法 201
9.3.5 案例分析 202
9.4 疲劳寿命预测和抗疲劳设计 210
9.4.1 损伤容限设计 210
9.4.2 耐久性设计 211
10 服役起重机械结构技术状态评估 213
10.1 起重机械结构技术状态参数化评定模式 214
10.1.1 结构技术状态参数化评定方法原理 214
10.1.2 起重机械结构技术状态参数化评估 215
10.2 起重机械结构技术状态模糊层次分析法评估 216
10.2.1 多层次模糊综合评判模型 217
10.2.2 应用举例 219
10.3 材料腐蚀环境下导致的结构承载能力失效评估 224
10.3.1 起重机械结构腐蚀种类与形式 225
10.3.2 起重机械腐蚀机理 225
10.3.3 起重机械结构腐蚀安全性评价 227
10.3.4 案例分析 229
11 1000t/h桥式抓斗卸船机安全评估 230
11.1 待评估卸船机简介 230
11.1.1 待评估卸船机基本情况 230
11.1.2 卸船机使用工况调查 231
11.1.3 小结 232
11.2 金属结构无损检测 232
11.2.1 评估样机各机构说明 232
11.2.2 金属结构目视检测 232
11.2.3 主金属结构钢板测厚 246
11.2.4 连接焊缝无损检测 248
11.2.5 小结 250
11.3 有限元数值模拟与计算分析 251
11.3.1 简介 251
11.3.2 计算依据 252
11.3.3 有限元计算 252
11.3.4 小结 258
11.4 结构与载荷响应测试 258
11.4.1 测试方案 258
11.4.2 测试结果与分析 261
11.4.3 小结 263
11.5 疲劳强度计算 264
11.5.1 疲劳校核测点应力循环分析 264
11.5.2 测点疲劳计算分析 265
11.5.3 小结 266
11.6 小车轨道顶面同一截面高低差测量 266
11.6.1 测量目的 266
11.6.2 测量说明 267
11.6.3 小结 267
11.7 综合结论 268
12 100t门座起重机安全评估 269
12.1 待评估门座起重机简介 269
12.1.1 待评估门座起重机基本情况 269
12.1.2 门座起重机实际使用调查测试 270
12.1.3 小结 272
12.2 金属结构无损探伤 272
12.2.1 探伤位置 272
12.2.2 探伤结果 273
12.2.3 小结 280
12.3 有限元分析 280
12.3.1 分析概述 281
12.3.2 分析结果 283
12.3.3 小结 285
12.4 设备工作应力测试 285
12.4.1 测试通道 285
12.4.2 测试工况 287
12.4.3 数据分析 288
12.4.4 小结 292
12.5 断裂韧性及疲劳裂纹扩展性能测试 292
12.5.1 拉伸性能试验 293
12.5.2 疲劳裂纹扩展性能试验 293
12.5.3 疲劳裂纹扩展门槛值试验 294
12.5.4 断裂韧性试验 295
12.5.5 小结 297
12.6 基于实测应力的疲劳寿命分析 297
12.6.1 分析输入 297
12.6.2 分析结果及讨论 298
12.6.3 小结 301
12.7 基于有限元应力的疲劳寿命分析 301
12.7.1 有限元疲劳分析方法 301
12.7.2 典型工况有限元疲劳分析 302
12.7.3 分析结果及讨论 303
12.7.4 小结 307
12.8 疲劳裂纹扩展寿命分析 307
12.8.1 裂纹疲劳扩展分析方法 307
12.8.2 疲劳扩展寿命分析输入 308
12.8.3 分析结果及讨论 312
12.8.4 小结 317
12.9 总结 319
13 MQ2533门座式起重机状态监测与安全预警 321
13.1 起重机基本情况介绍 321
13.1.1 MQ2533起重机概述 321
13.1.2 金属结构 322
13.2 总体监测方案 324
13.3 仿真分析 328
13.3.1 分析依据及计算内容 328
13.3.2 有限元模型 329
13.3.3 有限元分析计算结果 331
13.3.4 仿真分析结论 349
13.4 监测方案设计及实施 351
13.4.1 监测方案设计 351
13.4.2 监测方案实施 352
13.4.3 MQ2533测点布置信息列表 357
13.5 软件开发 359
13.5.1 起重机械结构健康监测系统软件 360
13.5.2 起重机械结构健康监测系统服务器软件 375
13.5.3 起重机械结构健康监测系统触摸屏人机界面及通信软件 379
13.6 现场安装及测试 382
13.6.1 焊接工艺 382
13.6.2 焊接完成光纤整理 383
13.6.3 系统校正 384
参考文献 386