桥式起重机主梁结构疲劳剩余寿命ARMA模型预测与分析

论文摘要

起重机械是在现代生产过程中必不可少的生产设备,它在经济建设中起着不可或缺的重要作用。然而起重机械却是机械设备中蕴藏危险因数最多、发生事故几率最大的特种设备,国内外每年都因起重设备、起重作业造成大量的财产损失和人身伤害事故。桥式起重机焊接箱形主梁是其主要承载构件,主梁的疲劳断裂是主要破坏形式。因此,桥式起重机主梁的疲劳断裂的预测研究对于减少起重机械的事故发生以及机械系统的维护与故障分析都具有很重要的意义。本文针对起重机械金属结构的主要破坏形式——疲劳断裂,将桥式起重机焊接箱形主梁作为研究对象,结合前人的相关实验数据和研究成果,运用非线性回归理论拟合主梁疲劳裂纹扩展的分布函数,建立时间序列自回归滑动平均(ARMA)模型,对桥式起重机焊接箱形主梁的疲劳裂纹做出中长期的预测。其次,以VB程序设计为工具编写时间序列建模的专用计算软件,将软件应用于工程实例,并将软件估算结果与实验结果进行比较,比较结果表明具有较高的吻合性和实用性。对当前在役桥式起重机主梁结构的疲劳断裂问题,依据当前在役起重机主梁结构的运行状态,采用随机过程理论中的比较精确的时间序列预测方法对桥式起重机主梁结构件的未来运行状态作出一个预测。由于我国疲劳损伤实验数据的匮乏,至今也没有一种较为通用的损伤预测理论。本文提出的ARMA模型预测结合非线性拟合理论可以有效地解决试验数据不足的问题,为我国的特种设备断裂损伤预测与评估提供一种新的预测方法。从实际工程中的应用实例可以看出,该预测方法是可行的,预测结果也是比较准确的。另外,本文所采用的预测理论工程中应用比较广泛,常应用于其他的金属构件的疲劳断裂损伤的预测中(最常见的就是机器零部件的损伤预测),因此对工程中其他结构的设计与使用也有着重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 起重机械概况及发展趋势
• 1.1.1 起重机械的历史与现状
• 1.1.2 起重机械的发展趋势
• 1.1.3 课题提出的背景
• 1.1.4 课题的来源及意义
• 1.2 课题研究的内容
• 1.2.1 课题研究内容及采用的技术路线
• 1.2.2 论文的意义
• 第二章 时间序列分析方法介绍
• 2.1 时间序列分析理论起源
• 2.2 时间序列分析方法
• 2.2.1 时间序列分析的发展及应用
• 2.2.2 时间序列分析方法在我国的应用及发展
• 2.3 时序分析方法在本文中的应用
• 第三章 焊接箱形梁疲劳裂纹扩展规律及非线性回归拟合
• 3.1 疲劳断裂现象
• 3.1.1 裂纹扩展分布规律
• 3.2 非线性回归拟合理论
• 3.2.1 回归分析的历史起源
• 3.2.2 国内相关研究
• 3.2.3 非线性回归分析
• 3.2.4 非线性拟合对课题中数据类型的具体操作
• 3.3 课题数据的准备
• 3.3.1 焊接箱型主梁变幅疲劳试验分析、试验目的及方法
• 3.3.2 试验结果记录
• 3.3.3 确定疲劳破坏危险点位置及裂纹类型
• 3.3.4 确定初始裂纹及失效裂纹长度
• 3.3.5 试验数据的非线性拟合结果
• 3.3.6 试验数据拟合结果分析及结论
• 3.4 课题数据的确定
• 3.4.1 原始试验数据
• 3.4.2 模拟数据的生成
• 3.4.3 课题数据的样本数据
• 第四章 时序分析方法在本课题中的具体应用
• 4.1 课题中用到的时序分析理论部分及软件平台
• 4.1.1 Visual Baisc 6.0 概述
• 4.2 时间序列预报理论
• 4.2.1 时间序列的预报
• 4.2.2 时序分析预报方法中的基本概念
• 4.3 时间序列模型的建立
• 4.3.1 数据预处理
• 4.3.2 模型识别
• 4.3.3 模型估计
• 4.3.4 模型拟合检验
• 4.3.5 模型预报
• 4.3.6 模型精度检验
• 4.3.7 建模结论
• 4.4 软件流程图
• 4.5 软件主要功能特点
• 4.5.1 模型识别阶段的数据预处理
• 4.5.2 模型建立过程中模型参数的求解
• 4.5.3 模型检验时各个比较参数的确定
• 4.5.4 模型预报公式的递推实现
• 第五章 工程应用实例
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所发表的论文
• 个人简介