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　　隨機動載荷是工程機械作業(yè)過程中最普遍、最主要的載荷型式，并直接影響著機械作業(yè)質量、可靠性、平順性和機械操作的舒適性。據(jù)有關統(tǒng)計，機械零部件的破壞50%—90%為疲勞破壞引起的功能喪失及強度破壞。采集、編輯、試驗模擬、強化工程機械實際工況中的隨機動載荷，并能在室內試驗臺架上精確地再現(xiàn)，是進行現(xiàn)代工程機械有限壽命設計的有力手段和主要途徑。

　　我國的工程機械設計現(xiàn)在基本上仍處于靜強度設計階段，多數(shù)產(chǎn)品僅做靜強度計算，而沒有對主要關鍵零部件進行有限疲勞壽命設計，因此，設計出的產(chǎn)品有些部位裕量過大，有些部位卻又經(jīng)常發(fā)生疲勞破壞，而且整個工程機械的產(chǎn)品質量和可靠性又大大低于發(fā)達國家的同類產(chǎn)品。

　　機械有限壽命設計技術在本世紀70年代，首先在英國火車的結構設計上正式投入應用。80年代在世界工業(yè)發(fā)達國家迅速得到推廣和應用。這種有限壽命設計的特點是產(chǎn)品設計圖紙上出現(xiàn)了使用壽命指標，用產(chǎn)品的可靠工作時間指標替代了經(jīng)驗設計中的保險系數(shù)來保證設備的可靠性。德國Demag、Liebherr、美國caterpilar等國際性工程機械制造商都相繼大量購買了相應的有限壽命設計分析軟件及其相關的數(shù)據(jù)采集、編輯、分析系統(tǒng)和電液伺服試驗模擬系統(tǒng)并應用于工程機械產(chǎn)品的開發(fā)設計中去，已獲得了十分成功的工程機械應用實例。

　　機械產(chǎn)品的有限壽命設計交叉融合了實驗力學、計算力學、斷裂力學、材料力學、材料學、應用數(shù)學、數(shù)字信號處理技術、無線遙測技術、計算機軟硬件技術、機電設計學、測試技術、傳感器技術等多學科的前沿應用理論的綜合技術。通過對工程機械設備隨機受力狀態(tài)、振動沖擊等物理信號的實地測試，在計算機內，壽命分析、頻譜分析、有限元分析、模態(tài)分析等專家系統(tǒng)軟件包融交叉在同一臺計算機的閉環(huán)工作流程中，進行壽命設計、故障診斷。由于計算機把測試數(shù)據(jù)(CAT)和產(chǎn)品設計(CAD)融為一體，形成各學科相輔相成的計算機輔助機械工程技術(CAE)。

　　雖然工程機械產(chǎn)品有限壽命設計及其相關試驗技術在國外同行業(yè)中的應用已十分普遍和成熟，但在國內工程機械行業(yè)才剛剛起步，缺少一定的工程應用實例及經(jīng)驗，以及成熟的軟件交流及試驗技術及方法。

　　徐州工程機械研究所結構振動疲勞試驗臺近年來在工程機械及主要結構、零部件試驗方面作了許多工作，并掌握了一定的試驗技術與方法，但在與產(chǎn)品有限壽命設計的結合方面還有一定的距離，為了更好更快跟上發(fā)達國家的開發(fā)設計水平，并把這一高新技術應用到工程機械中去，通過加強學習和引進國外類似機械行業(yè)技術，充分利用現(xiàn)有條件，加強試驗技術在產(chǎn)品開發(fā)、設計、研究中的應用。這對提高我公司、我國工程機械產(chǎn)品設計開發(fā)水平和市場競爭力具有十分重要的意義。

　　加強工程機械產(chǎn)品的有限壽命設計及試驗研究，采用以工程應用實例為主線的強化集中學習方式，同有關專家一起就國內外機械行業(yè)中的有限壽命設計及試驗研究的理論、實測、軟件開發(fā)及使用、試驗技術、數(shù)學模型的建立及相應模擬試驗等項目內容進行探討和學習。其主要內容如下：

　　●工程機械有限壽命設計和試驗的理論及系統(tǒng)的軟、硬件構成。

　　●工程機械有限壽命設計及試驗的軟件系統(tǒng)應用及開發(fā)。

　　●工程機械有限壽命設計及試驗的硬件操作及使用。

　　●工程機械有限壽命設計工程問題模型化的建立。

　　●工程機械有限壽命設計及試驗的試驗技術及方法。

　　●工程機械典型產(chǎn)品的有限壽命設計及試驗的工程應用實例。

　　建立健全工程機械有限壽命設計及試驗研究的體系，對提高工程機械主導產(chǎn)品質量和可靠性，充分形成企業(yè)自主開發(fā)產(chǎn)品的健全體系提供十分有力的技術支持。

　　通過對工程機械主導產(chǎn)品的有限壽命設計、試驗和優(yōu)化可以降低整機的重量，從而通過降低成本來提高市場的競爭力。以工程機械結構件為例，如果每臺30噸重的產(chǎn)品自重降低5%，那么每臺就可節(jié)省1?5噸鋼材，而每月按生產(chǎn)50～100臺這種產(chǎn)品計算，每月可節(jié)省75～150t鋼材?？梢娊?jīng)濟效益十分可觀。

　　對工程機械主導產(chǎn)品進行有限壽命設計和試驗可以向設計人員提供豐富的設計和修改參數(shù)及依據(jù)，從而豐富我國疲勞試驗數(shù)據(jù)庫。還可以為我國工程機械行業(yè)及其他行業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)、研制提供世界一流的技術手段，其社會效益也十分深遠。

　　工程機械有限壽命設計及試驗研究體系的建立可以使我國工程機械行業(yè)的設計與開發(fā)進行一次革命。從過去單一的類比設計過渡到現(xiàn)代試驗和計算機輔助設計結合上來，真正使CAD/CAM/CAE一體化。

　　可以預計，工程機械主導產(chǎn)品的有限壽命設計及試驗研究具有十分可觀的直接或間接的經(jīng)濟效益，也具有廣泛和長遠的社會效益，因為這是更高層次上的技術和經(jīng)濟的競爭基礎。

　　原作者： 徐州工程機械研究所劉漢光　陸永能　董栓牢