1、外文原文：http:/ 中文 4527 字 压力容器与管状零件 考虑工作载荷和缺陷分布 ，液压缸的可靠性评估 Alessandra Altamura a， *， Stefano Beretta b 出处： International Journal of Pressure Vessels and Piping 98 (2012) 76e88 摘要： 在疲劳载荷作用下，制造工艺、工况和材料特性都是设计好管状机械部件所必须考虑的因素。通常最一般设计方法是确定的，在此
2、设计中设置了与许可缺陷相关的非破坏性试验临界值。尽管还有 很多不确定性因素，但其失效几率与外加负载下的疲劳强度有关。 这篇论文对存在一些缺陷并且承受周期变化内部压力的管状机械部件进行了可靠性评估，目的是为了将在几种假设条件下获得的失效几率进行比较。 通过运用 蒙特卡罗方 法，一个以一系列随机变量为基础的可行性评估模型已被应用。 基于对土方机械液压缸液压载荷谱测量案例的研究，其分析结果已用于评估那些影响预测这些部件疲劳寿命的最重要的一些因素。 关键词： 可靠性、 蒙特卡罗方 法、缺点和载荷谱 1 引言 &n
3、bsp;在一些诸如汽车领域， 一个新部件的发展， 往往与有工作条件和材料性能 数据支持的 、 彻底 的 概率分析同时进行 1。 然而，在一些由简单的钢制零件（如普通管或金属片）制成部件的设计中，一般没 有运 用概率 分析 法。 按照 EN10305 - 1 2 和 EN10297 - 1 3 非破坏性测试（ NDT）标准生产的管状部件是可 用 的，其 误差范围由 制造商 决定 。通常情况下，介于 变化范围在 0.3mm和 10 WT 的值是可以 接受 的。在压力容器的疲劳设计标准 EN13445 -3 4中，设计 原 则 建立在 Miner 规则和关于平原管许可森曲线累
4、积损伤 的基础上 。然而，仍有 许多不确定因素依然存在：（ i）许可森曲线的失效 几率 是未知的 ， 这也是许可森曲线欧洲法规的 情况 3 5 ）；（ ii）在 6 平原管的 抗 疲劳性能讨论 得 不是很 清楚 ； （ iii）该 允许误差的 标准没有与 抗 疲劳特性明确地连 系 起来。当 部件 承受剧烈 的疲劳载荷或当必须被采用厚 度较大 的部件 时： 在这两种情况下，设计 应当采用 所谓的结构完整性三角形（缺陷尺寸 、 工作载荷 、 材料特性） 进行 评估，该 “ 分析设计 ”法 可能将变得不 切实际 。 在这方面， 在 静态载荷 下 以失效评估图像的
5、形式（ FAD）或裂纹驱动力衰竭（ CDFF）程序 7， 8的形式 ， 应用断裂力学概念，分 析缺陷的方法在过去的几十年已经有所发展。这些方法也可以应用 于 概率分析 9， 10， 考虑到断裂韧性可以通过简单试验来准确地获得 11，最关键的是 弄清 缺陷 的 分布 ：一 些 涉及到 制造缺陷（如 焊接缺陷 12）的文献 ，对此已做了一些介绍。然 而 ， 在检测到缺陷的情况下，通过在给定的无损检测方法中采用典型的分布尺寸 9， 13， 14， 其大小被认为是一个随机变量。 在疲劳载荷下，因为 需对 裂纹扩展特性 进行 精确地 分析 和统计建模 15-17，概率
6、分析变得更困难的 。 对经受高周 期 疲劳 载荷的 部件，在半概率或全概率 公式 中广泛使用的一 种简化是假定裂纹 扩展就 意味着 失效 ：在这种情况下，估计缺陷的极限 分布 范围 18， 19或最大缺陷的特征值 与 实验测定的 DKth 联系 在一起， DKth用于计算在最大工作负载下 的 失效概率或用于计算疲劳强度 ， 通常使用一个当量初始缺陷尺寸的方法 20。 至于裂纹生长曲线，简单的巴黎方程不能令人满意，因为它不描述近 临界值区域 。 因此更复杂的方法，例如提出双线性的方法 21，必须被使用。然而，只有最复杂的算法 22能够恰
7、当地描述在变幅载荷下近 临界值 和巴黎地区的裂纹扩展 23。 这篇论文对存在一些缺陷并且承受周 期变化内部压力的管状机械部件进行了可靠性评估，目的是为了将在几种假设条件下获得的失效几率进行比较。 本文的第一部分介绍了实验结果，试图在无损检测临界值、变化的疲劳极限临界值和用于生产液压管子裂纹扩展曲线的标准钢号下，评估初始表面缺陷分布。第二部分描述了基于采用蒙特卡罗法的随机变量方法的可靠性评估模型，第三部分显示了基于对土方机械液压缸液压载荷谱测量案例的研究，其分析结果已用于评估那些影响这些部件的疲劳寿命预测的最重要因素。 2 初始 表面缺陷 分 布
8、的实验评估 由于在 制造 工艺中的一些因素 ，管的表面上有许多不连续 性的裂纹。其最大深度受到非破坏性试验 临界值 的限制。根据实验观察，有两个不同的表面不连续性；一个具有比无损检测 临界值 低的一阶特征值，如图 1 所示。另一个具有和无损检测 临界值 一样的一阶特征值。在这项工作中，仅仅考虑了与无损检测 有 相同临界值 的 缺陷， 尽管它们的深度比无损检测 临界值的 小，因为它们能够扩展，所以这些缺陷可能对经受疲劳破坏的管 状零件 是有害 的 。图 2a 显示出了一个表面上 存在 缺陷的管 件 ，图 2b 显 示出 了 约 150mm 深的纵向截面表面缺陷的 SEM 图像。 &
9、nbsp; 图 1 微缺陷纵截面的 SEM 图像 图 2a 缺陷长度测量 图 2b 150mm 深的纵向截面表面缺陷的 SEM 图像 在对根据 2， 3制造的管状零件 24进行冷拉和消除应力的广泛实验活动中，已确定 了 最大 范围 的缺陷分布。先前经临界值设置在 5墙的厚度 、采用 涡流无损检测的管件，已使用磁性粉末检查。检测到的缺陷长度已运用口袋规则来进行测量，如图
10、2a 所示，而其深度已在研磨该管的表面 和 测量地面深度后 ，采用 千分尺 进行 测量。 来自七个生产批次的 、 有不同直径和壁厚 的 管 件 ，已经 过 检验，即总检查表面为 363 平方米。表 1 总结每批 被 检验管 件的形状 以及总检查 面积。 有些管 件 不包含任何可用磁性颗粒检测 出 的缺陷，而另一些含有不止一个缺陷。 若 所有的检查表面缺陷 存在 一个低于 0.1 的比例 a/c，这意味着它们是长而浅的纵向缺陷。 如 13所示，缺陷通常 采用韦伯分布 或对数正态分布来描述。图 3 显 示出了对数正态分布 、韦伯分布、区域 1、 2 和 3 的 LEVD 概率表图纸 和 该合并的 、 表示管壁厚百分比的数据概率表图纸。在 LEVD 分布 中 ， 方程（ 1） 阐释了其 累积
