專(zhuān)利名稱(chēng)：一種在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)估算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)估算方法，屬于機(jī)械強(qiáng)度測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在工程應(yīng)用中，循環(huán)載荷導(dǎo)致的損傷以至破壞是結(jié)構(gòu)失效的重要原因之一。在循環(huán)載荷作用下，機(jī)械結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生疲勞破壞，疲勞破壞的實(shí)質(zhì)是ー個(gè)累積損傷過(guò)程。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的材料性能固有的離散性以及載荷的隨機(jī)性，在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)是否會(huì)發(fā)生疲勞破壞是ー個(gè)不確定的事件，所以從概率與統(tǒng)計(jì)的角度對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量和評(píng)估是十分有價(jià)值的。目前，通常是在實(shí)驗(yàn)室條件下建立試驗(yàn)條件可控的試驗(yàn)裝置及模型來(lái)評(píng)估材料的疲勞損傷規(guī)律，尚缺乏有效的在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)的估算方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前還沒(méi)有一種行之有效的能夠估算在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)的方法，從而提出ー種在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)估算方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而提出ー種在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)的估算方法，該估算方法的具體步驟如下
1)選擇能夠反映在役機(jī)械裝備工作狀態(tài)的參數(shù)，作為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的廣義載荷F，該廣義載荷F的統(tǒng)計(jì)量S(F)與應(yīng)カσ的統(tǒng)計(jì)量S( σ )有對(duì)應(yīng)關(guān)系；
2)確定該廣義載荷F的最小統(tǒng)計(jì)區(qū)間Tmin,使得F的均值E(F)和方差D (F)不變；
3)針對(duì)與該廣義載荷相對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵部位應(yīng)變?chǔ)艤y(cè)量數(shù)據(jù)序列，用最小統(tǒng)計(jì)區(qū)間Tmin生成一組應(yīng)變的均值序列Ue ；
4)計(jì)算得出當(dāng)量彈性模量Eeq序列，通過(guò)當(dāng)量彈性模量Eeq序列表征該處材料彈性模量的變化；
5)根據(jù)當(dāng)量彈性模量Eeq序列，確定當(dāng)量彈性模量曲線的斜率；
6)利用當(dāng)量彈性模量曲線的斜率，估算出該機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)的疲勞狀態(tài)。如果當(dāng)量弾性模量曲線的斜率在O值附近，則該機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生疲勞；如果斜率超出了一定的范圍，則表明該機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生疲勞，斜率發(fā)生突變的時(shí)間點(diǎn)就是該在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位開(kāi)始出現(xiàn)疲勞的時(shí)間點(diǎn)。所述的步驟2)具體包括如下步驟
a)按照一定的時(shí)間間隔對(duì)廣義載荷進(jìn)行采樣，得到廣義載荷序列(F={f\，f2,…，fi；
…，fJ ；
b)根據(jù)得到的廣義載荷序列構(gòu)造兩個(gè)新的序列Uf和Sf，Uf和Sf分別為廣義載荷序列的均值序列和方差序列；
c)用t檢驗(yàn)和X2檢驗(yàn)分別對(duì)序列Uf和Sf的均值和方差做穩(wěn)定性檢驗(yàn)，使序列Uf和Sf的均值和方差都穩(wěn)定的統(tǒng)計(jì)區(qū)間T的最小取值，從而確定最小統(tǒng)計(jì)區(qū)間Tmin。
所述的步驟3)中的關(guān)鍵部位應(yīng)變?chǔ)艤y(cè)量數(shù)據(jù)序列的時(shí)間間隔應(yīng)該與廣義載荷序列的時(shí)間間隔一致；
所述的步驟4)中的當(dāng)量彈性模量Eeq序列的計(jì)算公式為Erai=^ql, Eeq2,…，Eeqi,…，EeqmIm=n_Tmin, Eeqi = Ufi/μ Ei，其中μ fi為廣義載荷F的均值，μ Ei為關(guān)鍵部位應(yīng)變?chǔ)诺木?。所述的能夠反映在役機(jī)械裝備工作狀態(tài)的參數(shù)為工作載荷、裝備的耗電量、產(chǎn)量、功率。 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過(guò)建立機(jī)械結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位應(yīng)變與反映機(jī)械裝備工作狀態(tài)參數(shù)之間的具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的關(guān)聯(lián)關(guān)系，獲得機(jī)械結(jié)構(gòu)材料彈性模量的具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)在役機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)的測(cè)量和評(píng)價(jià)。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，能夠有效地估算出在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)的疲勞狀態(tài)。


圖I是本發(fā)明的ー種在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)估算方法流程 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中某設(shè)備電機(jī)功率隨時(shí)間變化的曲線 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中廣義載荷為電機(jī)功率的均值曲線 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中某設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)處測(cè)量的應(yīng)變曲線 圖5是本發(fā)明實(shí)施例中應(yīng)變的均值曲線 圖6是本發(fā)明實(shí)施例中當(dāng)量彈性模量Erai序列隨時(shí)間變化的歷程曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)ー步說(shuō)明。如圖I所示，該在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)的估算方法通過(guò)建立機(jī)械結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位應(yīng)變與反映機(jī)械裝備工作狀態(tài)參數(shù)之間的具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的關(guān)聯(lián)關(guān)系，獲得機(jī)械結(jié)構(gòu)材料彈性模量的具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)在役機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)的測(cè)量和評(píng)價(jià)。本發(fā)明基于這種思想提出ー種在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)的測(cè)量和評(píng)價(jià)方法，用以在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。以某機(jī)械設(shè)備為例，其具體的步驟如下
步驟ー確定廣義載荷
首先選擇能夠反映該機(jī)械裝備工作狀態(tài)的參數(shù)為電機(jī)功率，即廣義載荷F，該廣義載荷F的統(tǒng)計(jì)量S(F)與應(yīng)カσ的統(tǒng)計(jì)量S( σ )有對(duì)應(yīng)關(guān)系。步驟ニ確定最小統(tǒng)計(jì)區(qū)間Tniin
通過(guò)t檢驗(yàn)和X 2檢驗(yàn)，尋找廣義載荷F的最小統(tǒng)計(jì)區(qū)間Tmin,使得F的均值(數(shù)學(xué)期望)E(F)和方差D (F)不變，
按照一定的時(shí)間間隔對(duì)廣義載荷F進(jìn)行采樣，該廣義載荷F的電機(jī)功率隨時(shí)間變化的曲線如圖2所示,得到廣義載荷序列(時(shí)間序列),設(shè)廣義載荷F=^1, f2, ···，···，fn},并以此構(gòu)造兩個(gè)新的序列Uf和Sf，
Uf= {μη，μ 2, , μΗ, , UfJ，其中Ufi為廣義載荷F的均值(數(shù)學(xué)期望)，該
廣義載荷F的電機(jī)功率的均值曲線如圖3所示，即μ fi = E[F]T<n，T = 2，3，......，n-1，
Sf=Isfl, sf2，…，sfi,…，8&}，其中知為廣義載荷ド的方差，即知=0的&，丁=2，3，......,n-1,
對(duì)于給定的任ー統(tǒng)計(jì)區(qū)間T，都會(huì)生成ー組序列Uf和Sf，用t檢驗(yàn)和X 2檢驗(yàn)分別對(duì)序列Uf和Sf的均值和方差做穩(wěn)定性檢驗(yàn)。使序列Uf和Sf的均值和方差都穩(wěn)定的統(tǒng)計(jì)區(qū)間T的最小取值，就是要尋找的最小統(tǒng)計(jì)區(qū)間Tmin。步驟三構(gòu)造關(guān)鍵部位應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)均值序列 對(duì)該設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)處的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量，所得到的應(yīng)變曲線如圖4所示，針對(duì)與廣義載荷相對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵部位應(yīng)變?chǔ)艤y(cè)量數(shù)據(jù)序列(與廣義載荷序列的時(shí)間間隔一致)，用最小統(tǒng)計(jì)區(qū)間Tmin生成一組應(yīng)變的均值序列Ue，
Ue {Uei，Ue2，···，P “，···，ε m-^ m = n-Tmin， 其中μ Ei為關(guān)鍵部位應(yīng)變?chǔ)诺木?數(shù)學(xué)期望)，即μ Ei=E[e]T=Tmi，其關(guān)鍵部位應(yīng)變?chǔ)诺木登€如圖5所示。步驟四計(jì)算當(dāng)量彈性模量Eeq序列
按公式 Eeq={Ee(11，Eeq2, ···，Eeqi, ···，Eetpしη_Μη，其中 Eeqi = μ Η/μ Ei，計(jì)算得出當(dāng)量彈性模量Eeq序列，當(dāng)量彈性模量Erai不是關(guān)鍵部位測(cè)量點(diǎn)處材料的實(shí)際彈性模量，但是可以表征該處材料彈性模量的變化。步驟五判定關(guān)鍵部位的疲勞狀態(tài)
畫(huà)出當(dāng)量彈性模量Eeq序列隨時(shí)間變化的歷程曲線，利用求函數(shù)導(dǎo)數(shù)的方法得出當(dāng)量彈性模量曲線的斜率，如果不發(fā)生疲勞，那么當(dāng)量彈性模量Eeq為常數(shù)，曲線斜率在O值附近，如果斜率超出一定的范圍，則表明機(jī)械結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了疲勞，斜率發(fā)生突變的時(shí)間點(diǎn)就是裝備關(guān)鍵部位開(kāi)始出現(xiàn)疲勞的時(shí)間點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)量彈性模量Erai下降的幅度，評(píng)價(jià)機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞的程度，即疲勞狀態(tài)。本設(shè)備的Erai序列隨時(shí)間變化的歷程曲線如圖6所示，從圖6可以看出，當(dāng)量彈性模量Eeq在某時(shí)間點(diǎn)處開(kāi)始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，表明該設(shè)備開(kāi)始出現(xiàn)疲勞。
權(quán)利要求
1.一種在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)估算方法，其特征在于該方法具體包括以下步驟 1)選擇能夠反映在役機(jī)械裝備工作狀態(tài)的參數(shù)，作為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的廣義載荷F，該廣義載荷F的統(tǒng)計(jì)量S(F)與應(yīng)力O的統(tǒng)計(jì)量S( O )有對(duì)應(yīng)關(guān)系； 2)確定該廣義載荷F的最小統(tǒng)計(jì)區(qū)間Tmin,使得F的均值E(F)和方差D (F)不變； 3)針對(duì)與該廣義載荷相對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵部位應(yīng)變e測(cè)量數(shù)據(jù)序列，用最小統(tǒng)計(jì)區(qū)間Tmin生成一組應(yīng)變的均值序列Ue ； 4)計(jì)算得出當(dāng)量彈性模量Eeq序列，通過(guò)當(dāng)量彈性模量Eeq序列表征該處材料彈性模量的變化； 5)根據(jù)當(dāng)量彈性模量Eeq序列，確定當(dāng)量彈性模量曲線的斜率； 6)利用當(dāng)量彈性模量曲線的斜率，估算出該機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)的疲勞狀態(tài)，如果當(dāng)量彈性模量曲線的斜率在O值附近，則該機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生疲勞，如如果斜率超出了一定的范圍，則表明該機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生疲勞，斜率發(fā)生突變的時(shí)間點(diǎn)就是該在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位開(kāi)始出現(xiàn)疲勞的時(shí)間點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)估算方法，其特征在于所述的步驟2)具體包括如下步驟 a)按照一定的時(shí)間間隔對(duì)廣義載荷進(jìn)行采樣，得到廣義載荷序列(F={f\，f2,…，fi；…，fJ ； b)根據(jù)得到的廣義載荷序列構(gòu)造兩個(gè)新的序列Uf和Sf，Uf和Sf分別為廣義載荷序列的均值序列和方差序列； c)用t檢驗(yàn)和X2檢驗(yàn)分別對(duì)序列Uf和Sf的均值和方差做穩(wěn)定性檢驗(yàn)，使序列Uf和Sf的均值和方差都穩(wěn)定的統(tǒng)計(jì)區(qū)間T的最小取值，從而確定最小統(tǒng)計(jì)區(qū)間Tmin。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)估算方法，其特征在于所述的步驟3)中的關(guān)鍵部位應(yīng)變e測(cè)量數(shù)據(jù)序列的時(shí)間間隔應(yīng)該與廣義載荷序列的時(shí)間間隔一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)估算方法，其特征在于所述的步驟4)中的當(dāng)量彈性模量Eeq序列的計(jì)算公式為Eeq={Ee(11，Eeq2,…，Eeqi,…，EeqJffl^lfflin,Eeqi = U fi/ U Ei，其中Ufi為廣義載荷F的均值，EiS關(guān)鍵部位應(yīng)變e的均值。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)估算方法，其特征在于所述的能夠反映在役機(jī)械裝備工作狀態(tài)的參數(shù)為工作載荷、裝備的耗電量、產(chǎn)量、功率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)的估算方法，該方法利用統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)構(gòu)造出具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上不變的廣義載荷F，所構(gòu)造的廣義載荷F的統(tǒng)計(jì)量S(F)與機(jī)械結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位應(yīng)力σ的統(tǒng)計(jì)量S(σ)有對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)通過(guò)實(shí)測(cè)得出關(guān)鍵部位應(yīng)變?chǔ)诺臏y(cè)量數(shù)據(jù)序列，并用本發(fā)明的方法得出關(guān)鍵部位的應(yīng)變統(tǒng)計(jì)量，利用應(yīng)力-應(yīng)變的關(guān)系，考察統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上彈性模量E的變化情況，根據(jù)E的變化評(píng)價(jià)在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的疲勞狀態(tài)。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，能夠有效地估算出在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)的疲勞狀態(tài)。
文檔編號(hào)G01M99/00GK102680258SQ20111041470
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者劉春陽(yáng), 劉紅彬, 李濟(jì)順, 薛玉君, 隋新, 馬偉 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)