3.3.2动态响应采样与数据处理
通过分析静载应力测试结果，选取起重机结构的薄弱部位和动载响应明显的点(A1、A3、D1、H1)作为动态响应采样点。由于这种大型设备的运动速度较低，根据其应力变化频率，A／D变换的采样频率选择50Hz较为合理，同时也满足采样定理。
在现场采样过程中，采样数据应能够反映所检测起重机的真实工作状态，因此以模拟起重机正常工作(装船或卸船)为采样工况。由于在空载行程中门机金属结构的应力很小，可不予考虑。一次采样长度取起重机工作作业的10个循环，具体采样过程如下：
系统调0 臂架最小幅度，吊具落地，钢丝绳完全松开，仪器调0。
单个工作循环过程 在正常工作状态下，吊具满载起升，向水侧合理回转，吊具下降装船，吊具满载起升，向陆侧回转，吊具满载下降。
连续做10个循环，记录各个采样点在测试期间的动态响应值，即得到其载荷一时间历程。
3.4疲劳寿命估算
(1)对动态采样数据的滤波处理
受测量仪器以及外部环境的影响，采集到的载荷一时间历程会包含一些信号干扰在内，因此需要对采样数据进行相关的滤波处理。
采用butter函数在Matlab环境中设计一个Butterworth滤波器
[b，a]=butter(N，Wn，ftype)
N为滤波器阶数，Wn为滤波器的归一化截止频率，ftype为滤波器类型参数。
如果要滤波的信号是x，则滤波后的信号y=filter(b，a，x)。
(2)5点3次平滑处理与峰谷点检验
该方法主要根据某点邻近的采样点的波幅对该点进行波幅修正，从而达到对采集信号进行平滑去噪的目的。
自编程序中5点3次平滑算法的主要原理：
设已知n个等距点x0 x1 ， ， xn-1上的观测数据为y0，y1， ，yn-1，则可在每个数据点的前面各取2个相邻的点，用3次多项式y=a0+a1x+a2x2+a3x3进行逼近。根据最小二乘法确定出系数a0、a1、a2、a3，最后可得到5点3次平滑公式
Yi-2=l／70(69yi-2+4yi-1-6yi+4yi+l-yi+2)
Yi-1=l／35(2yi-2+27yi-1+12yi-8yi+l+2yi+2)
Yi=l／35(-3yi-2+12yi-1+17yi+12yi+l-3yi+2)
Yi+1=l／35(2yi-2-8yi-1+12yi+27yi+l+2yi+2)
Yi+2=l／70(-yi-2+4yi-1-6yi+4yi+l+69yi+2)
其中Yi表示yi的平滑值。对于开始2点和最后2点分别由上述第1、2与第4、5式进行平滑。本方法要求数据点数n 5即可。由于它采用的多项式次数较高，故平滑的结果比较精密，得到的曲线更接近于信号的真实情况。
此外，由于统计只需要载荷一时间历程的波峰和波谷点的幅值，故要将采集到的数据逐点检查每一个数字是否处于载荷波的峰谷点，删除所有非峰谷点后，求出载荷波的所有峰谷值及最大幅值。同时删除对结构疲劳寿命不构成影响的幅值小于最大幅值5％的峰谷点。
(3)局部应力、应变历程计算
根据材料循环 ε曲线，采用修正的诺伯法(Neuber)循环计算出各测点的局部应力应变。计算时还应注意材料的记忆效应，即当后一次的载荷超过前一次的载荷以后，应力应变间的关系仍服从前一次载荷的应力 应变曲线或循环应力 应变曲线。局部应力、应变历程可以通过联立以下3个方程求解。
诺伯方程
(1)
材料循环 ε曲线方程
(2)
材料迟滞回线方程
(3)
式中：Kt理论应力集中系数；K 循环强度系数；n 循环应变硬化系数；E弹性模量；△ 局部应力历程；△ε局部应变历程。
方程的求解采用牛顿迭代法，根据输入精度要求即可求解。
(4)采用雨流计数法进行载荷谱循环计数
由于产生疲劳损伤的主要因素是循环次数、应力幅值及幅值等，因此必需将以上计算出的应力 时间历程简化为一系列不同大小应力幅值的全循环或半循环载荷，这一简化的过程称为 计数法 (Counting Method)，一般采用简化雨流计数法。
在进行雨流计数时，由于应力历程的起点不是最高的峰值(或最低的谷位)，如图3a所示，统计出的循环中含有半循环，因此需要将应力一时间历程重新安排。
在重新安排应力一时间历程时，由于最高峰值的绝对值大于最低谷值得绝对值，因此以最高峰值点a为新应力一时间历程的起点，将a点及其以后的应力一时间历程移到c点的前面。这样便变成图3b所示的应力一时间历程。
然后对应力一时间历程进行循环个数计数，形成图3c所示的4个循环。
(5)计算各测点的弹性应变和塑性应变
每一测点的总应变等于该点的弹性应变+塑性应变。
根据曼森一科芬(M-C)关系式以及虎克定律分别计算出各测点的弹性应变和塑性应变。
(6)利用损伤公式计算损伤
使用曼森4点相关法获得材料的ε一N曲线，然后根据道林(Dowling)损伤公式分别计算弹性阶段和塑性阶段的损伤。
当△εp △εe时，塑性占主导地位。若忽略弹性应变的影响，则
当△εp △εe时，弹性占主导地位。若忽略塑性应变的影响，则
(7)采用Miner累积损伤理论估算起重机结构疲劳寿命
每个载荷块的损伤
疲劳寿命
式中：ni为每个载荷块中的第i级应力的循环次数；Ni为第i级应力下的疲劳寿命；l为应力水平级数。
实验研究发现，对于普通钢材当累积损伤值 D达到0．68时结构即失效。
根据设备运行记录档案统计出的已经历的循环次数，则疲劳寿命减去总的循环次数就可以得到该测点的剩余疲劳寿命。
4.计算实例
根据镇海港埠公司提供的设备运行记录档案，此台起重机1988年投入使用，至今已安全使用了19年，总装卸量已达955万t，平均每年装卸量为52．3万t。
将起重机金属结构中不同测点处的实测载荷一时间历程，如图4、5、6、7所示，输入到自编的疲劳寿命程序中，就可以估算出各测点剩余疲劳寿命，如表2所示。
表2 各测点剩余疲劳寿命 年