淺談機(jī)械設(shè)備壽命預(yù)測(cè)

1、<p>　　淺談機(jī)械設(shè)備壽命預(yù)測(cè)</p><p>　　摘 要：隨著人類科技發(fā)展和文明進(jìn)步，諸如飛行器、艦船、車輛、發(fā)電機(jī)組等機(jī)械重大裝備與基礎(chǔ)設(shè)施的安全服役對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)都具有重要意義。壽命預(yù)測(cè)理論是機(jī)械零件與裝備安全服役的關(guān)鍵基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與制造必須涵蓋的重要方面。本文針對(duì)機(jī)械重大裝備壽命預(yù)測(cè)研究方法的特點(diǎn)和應(yīng)用狀況，綜述國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的研究現(xiàn)狀，總結(jié)當(dāng)前機(jī)械重大裝備壽命預(yù)測(cè)研究的

2、熱點(diǎn)與成就，歸納當(dāng)前機(jī)械重大裝備壽命預(yù)測(cè)研究在理論建模與試驗(yàn)中存在的若干問題，分析機(jī)械重大裝備壽命預(yù)測(cè)具有理論建模難、試驗(yàn)驗(yàn)證難以及數(shù)據(jù)積累分析難的特點(diǎn)，為今后進(jìn)行深入的壽命預(yù)測(cè)研究提供可以借鑒的研究方向。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：后勤檔案 管理 </p><p>　　前言：機(jī)械重大裝備壽命預(yù)測(cè)技術(shù)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)具有重要意義。在過去近一個(gè)世紀(jì)與失效事故的斗爭(zhēng)中，人類通過對(duì)諸

3、如飛行器、艦船、車輛、發(fā)電機(jī)組等機(jī)械重大裝備的研究，建立了基于力學(xué)的壽命預(yù)測(cè)理論、基于概率統(tǒng)計(jì)的壽命預(yù)測(cè)理論以及基于信息新技術(shù)的壽命預(yù)測(cè)理論等學(xué)科分支。目前機(jī)械重大裝備運(yùn)行條件復(fù)雜、環(huán)惡劣，在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中會(huì)逐漸老化，剩余壽命會(huì)逐步下降，容易導(dǎo)致惡性事故發(fā)生，造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡；而如果盲目地進(jìn)行維修更換則會(huì)帶來巨大的浪費(fèi)。所以正確預(yù)測(cè)機(jī)械重大裝備的剩余壽命對(duì)于保證設(shè)備安全運(yùn)行、提高經(jīng)濟(jì)效益有很大的意義。同時(shí)，對(duì)于諸如大型風(fēng)力機(jī)

4、主軸軸承等采購周期需要一年以上的典型重大裝備，由于零部件及整機(jī)裝備加工困難、制造周期長(zhǎng)、價(jià)格昂貴、損壞后果嚴(yán)重，機(jī)械重大裝備必須提前采購并預(yù)備備件以確保正常持續(xù)的生產(chǎn)，避免停產(chǎn)事故損失。所以正確預(yù)測(cè)機(jī)械重大裝備的剩余壽命又可以為制定合理有效的備件制作計(jì)劃和檢修計(jì)劃提供可靠的依據(jù)。 </p><p>　　1.壽命預(yù)測(cè)的基本概況 </p><p>　　機(jī)械重大裝備的壽命預(yù)測(cè)，也被稱為剩余服役壽

5、命預(yù)測(cè)或剩余使用壽命預(yù)測(cè)，顧名思義就是指在規(guī)定的運(yùn)行工況下，能夠保證機(jī)器安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的剩余時(shí)間。它被定義為條件隨機(jī)變量 </p><p>　　tr={t'-t|t't，Z（t）|} （1） </p><p>　　式中，t'表示失效時(shí)間的隨機(jī)變量，t是機(jī)器的當(dāng)前年齡，Z（t）是指當(dāng)前時(shí)刻之前的有關(guān)該機(jī)器的所有歷史使用情況，tr是機(jī)器的剩余壽命。 </p>

6、<p>　　壽命預(yù)測(cè)可分為早期預(yù)測(cè)和中晚期預(yù)測(cè)。早期預(yù)測(cè)是確定設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命或計(jì)算壽命，主要以理論和試驗(yàn)的方法進(jìn)行。中期預(yù)測(cè)是為了避免設(shè)備運(yùn)行期間出現(xiàn)意外事故，通過對(duì)當(dāng)前還處于設(shè)計(jì)壽命之內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)剩余壽命預(yù)測(cè)。由于通常設(shè)計(jì)壽命偏于保守，設(shè)備壽命往往沒有得到充分利用就認(rèn)為已經(jīng)到壽從而造成很大的浪費(fèi)，對(duì)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間已經(jīng)超過設(shè)計(jì)壽命的設(shè)備進(jìn)行剩余壽 </p><p>　　命預(yù)測(cè)就屬于晚期預(yù)測(cè)

7、。中晚期預(yù)測(cè)主要以分析設(shè)備當(dāng)前與歷史運(yùn)行狀況，用無損探傷及金相檢驗(yàn)等多種方法檢驗(yàn)鑒定損傷程度、以斷裂力學(xué)等理論計(jì)算及其他直接或間接的壽命預(yù)測(cè)技術(shù)作為科學(xué)依據(jù)，評(píng)估設(shè)備還能夠繼續(xù)安全運(yùn)行的時(shí)間。壽命預(yù)測(cè)是建立在對(duì)大量積累壽命資料的分析、試驗(yàn)、實(shí)地檢驗(yàn)等技術(shù)基礎(chǔ)之上。值得指出的是：壽命預(yù)測(cè)應(yīng)該建立在合理合適的破壞（失效）理論基礎(chǔ)之上， </p><p>　　壽命預(yù)測(cè)與破壞（失效）理論既有聯(lián)系又有區(qū)別。在過去的一百余年

8、里，人們針對(duì)不同材料與結(jié)構(gòu)的破壞（失效）規(guī)律建立了壽命預(yù)測(cè)理論?？傮w來看，壽命預(yù)測(cè)的研究發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)過程。 </p><p>　?。?） 技術(shù)開創(chuàng)期。1847 年，德國(guó) WHLER 用旋轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī)首先對(duì)疲勞現(xiàn)象進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，提出了著名的 S -N 疲勞壽命曲線及疲勞極限的概念，從而奠定了疲勞破壞的經(jīng)典強(qiáng)度理論基礎(chǔ)。在此后的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，人們逐步深入研究，形成了目前工程中最為廣泛應(yīng)用的經(jīng)典疲勞強(qiáng)度

9、理論。 </p><p>　?。?） 技術(shù)發(fā)展期。19 世紀(jì)末到 20 世紀(jì)初，人們利用金相顯微鏡觀察金屬微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了破壞的過程可分為 3 個(gè)階段：疲勞裂紋形成階段、疲勞裂紋擴(kuò)展階段、疲勞裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展階段。在此后的一個(gè)多世紀(jì)中，基于裂紋擴(kuò)展規(guī)律的研究一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。1920 年英國(guó)的 GRIFFITH提出了裂紋擴(kuò)展的能量理論。到 20 世紀(jì) 50 年代，誕生了建立在裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度理論基礎(chǔ)上的斷裂力學(xué)

10、。 </p><p>　?。?） 技術(shù)完善期。通過一百多年對(duì)疲勞斷裂的不斷研究，以及日新月異的新技術(shù)與新發(fā)現(xiàn)，壽命預(yù)測(cè)技術(shù)研究理論在 21 世紀(jì)前后取得了極大的發(fā)展與豐富。首先研究者通過對(duì)疲勞斷裂研究的不斷補(bǔ)充與完善，提出了諸如非線性連續(xù)損傷力學(xué)模型、金屬全壽命模型、等效應(yīng)變能密度壽命預(yù)測(cè)方法、基于小裂紋理論的疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法、基于指數(shù)模型的裂紋擴(kuò)展速率與壽命預(yù)測(cè)技術(shù)等模型方法。 </p><

11、;p>　　2.壽命預(yù)測(cè)研究對(duì)象概況 </p><p>　　通過對(duì)壽命預(yù)測(cè)研究的對(duì)象進(jìn)行歸納總結(jié)，可以得出如下結(jié)論：機(jī)械重大裝備壽命預(yù)測(cè)研究對(duì)象幾乎存在于諸如發(fā)電設(shè)備、航空航天、石油化工、汽車、鐵路運(yùn)輸、數(shù)控加工、冶金工業(yè)、武器裝備等行業(yè)與領(lǐng)域。具體如表 1 所示。從研究對(duì)象的歸納分析可以看出：當(dāng)前壽命預(yù)測(cè)研究的對(duì)象雖然涉及到社會(huì)生產(chǎn)與生活的各個(gè)領(lǐng)域與針對(duì)各種機(jī)械設(shè)備，但是絕大多數(shù)壽命預(yù)測(cè)研究還是停留在各種材

12、料試件或者機(jī)械裝備的各種零部件；距離實(shí)現(xiàn)機(jī)械重大裝備整體壽命預(yù)測(cè)還需要不斷深入研究，這是值得未來探索的一個(gè)重要的研究?jī)?nèi)容。 </p><p>　　3.壽命預(yù)測(cè)方法概況 </p><p>　　多年來，人們以不同行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的機(jī)械重大裝備為研究對(duì)象，分別從零部件和整體機(jī)械設(shè)備入手，并針對(duì)不同的金屬材料，在理論上和試驗(yàn)上進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究，并形成了多種預(yù)測(cè)方法。歸納起來，壽命預(yù)測(cè)方法大致可以分

13、為以下三大類：基于力學(xué)的壽命預(yù)測(cè)方法、基于概率統(tǒng)計(jì)的壽命預(yù)測(cè)方法、基于信息新技術(shù)的壽命預(yù)測(cè)方法。 </p><p><b>　　4.結(jié)語 </b></p><p>　　經(jīng)過不斷發(fā)展，有關(guān)壽命預(yù)測(cè)的研究從起步到逐步深入的發(fā)展為人類科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。在這浩瀚的研究成果中，著重通過在壽命預(yù)測(cè)研究對(duì)象與研究方法兩個(gè)方面綜述國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究文獻(xiàn)所取得的成就，運(yùn)用比

14、較和總結(jié)的分析手段，提綱挈領(lǐng)地指出當(dāng)前機(jī)械重大裝備壽命預(yù)測(cè)研究的熱點(diǎn)、難點(diǎn)以及存在的問題，為今后進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)研究提供可以借鑒的研究方向。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)工程與材料科學(xué)部. 機(jī)械工程學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告（2011～2020）[M]. 北京：科學(xué)出版社，2010. </p>&