CN109270170A - 一种考虑介尺度的敏度修正装载机结构损伤识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑介尺度的敏度修正装载机结构损伤识别方法，包括如下步骤：S1.装载机结构易损伤位置的确定；S2.装载机结构损伤位置声发射冲击量的采集；S3.装载机结构裂纹临界声发射冲击量的确定及损伤状态判断；S4.声发射敏度修正因子的确定；S5.基于敏度修正因子的实时最大损伤区域的确定。

Description

一种考虑介尺度的敏度修正装载机结构损伤识别方法
技术领域
本发明涉及机械检测领域，特别涉及一种考虑介尺度的敏度修正装载机结构损伤识别方法。
背景技术
随着社会的进步，装载机结构朝着大型化的方向发展。在这样的背景前提下，微小的损伤就会造成巨大的损失，因此对设备或构件的损伤情况进行识别以掌握其实时损伤状态是必要且紧迫的。结构损伤识别的方法很多，但往往集中于宏观裂纹的识别，而实际情况下在宏观裂纹扩展与微观裂纹萌生之间存在有一种介尺度的裂纹形貌即初成型的损伤，但目前的研究往往忽律了这一介尺度条件下的损伤形貌。正是由于无法从介尺度的初始损伤入手对结构损伤进行识别，使得损伤识别结果的精度受到影响，从而直接影响到结构损伤状态的评估精度，降低评估的效率。对结构损伤识别方法的研究很多，但多集中在宏观裂纹识别，所以无法从结构介尺度损伤的角度入手对结构损伤进行识别是目前这一研究领域存在的共性问题。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种考虑介尺度的敏度修正装载机结构损伤识别方法，该方法损伤识别准确性高。
技术方案：本发明提供的考虑介尺度的敏度修正装载机结构损伤识别方法，包括如下步骤：
S1.装载机结构易损伤位置的确定：
通过有限元软件对装载机结构件在实际工况条件下的应力应变值及动态应力分布状态进行分析，以确定装载机结构件的易损伤位置；
S2.装载机结构损伤位置声发射冲击量的采集：
对S1的易损伤位置进行区域划分，每个区域为只包括一个损伤源的多边形，在多边形的顶点处布置声发射传感器，对装载机结构件在实际工况下每个顶点的声发射冲击量进行采集；
S3.装载机结构裂纹临界声发射冲击量的确定及损伤状态判断：
计算S2中每个区域所对应的临界声发射冲击量及每个区域所对应的声发射冲击量名义值，确定损伤状态，并将损伤状态分为宏观尺度损伤、介尺度损伤、微观尺度损伤；
S4.声发射敏度修正因子的确定：
根据S3的损伤状态判断，对介尺度损伤、微观尺度损伤区域对应的声发射敏度修正因子进行计算；
S5.基于敏度修正因子的实时最大损伤区域的确定：
基于S2中测量所得到的声发射冲击量及S4中的声发射敏度修正因子，计算每个区域的最大损伤率，根据损伤率的最大值来判断实时的最大损伤区域。
上述损伤识别方法是通过声发射冲击量计算区域的临界声发射冲击量，并在此基础上判断区域的尺度类别，从而确定已出现损伤的区域范围，并在此基础上根据声发射敏度因子获得实时的最大损伤区域。
有益效果：本发明可以有效地避免现有技术存在的无法考虑介尺度损伤且损伤识别准确性不高的弊端，从而使得后续装载机结构运行状态评估精度得到大幅度提高，对于实现装载机结构的损伤位置识别具有重要的现实意义。
附图说明
图1为考虑介尺度的敏度修正装载机结构损伤识别方法的流程框图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例的考虑介尺度的敏度修正装载机结构损伤识别方法，该方法包括以下步骤：
S1.装载机结构易损伤位置的确定
建立装载机结构件的有限元模型，并将建立完毕后的三维模型导入到有限元软件中，按网格划分、约束设置、载荷施加步骤完成构件有限元分析的前处理，待前处理完毕后运用有限元分析软件对其实际工况载荷作用下的应力强度及动态应力分布状态进行分析，以确定装载机结构件的易损伤位置；
S2.装载机结构损伤位置声发射冲击量的采集
对S1已知的装载机结构件易损伤位置进行区域划分，每个区域为一个长方形，每个长方形只包括一个损伤源，长方形的面积为Aμ(μ为划分区域的编号)。在长方形区域的四个顶点处布置声发射传感器，运用声发射设备对装载机结构在实际工况下每个顶点的声发射冲击量进行采集(t为时间参数，j为传感器布置的顶点编号，取1，2，3，4…)；
S3.装载机结构裂纹临界声发射冲击量的确定及损伤状态判断
结合S1已知的构件易损伤位置及S2中划分好的区域，代入下式计算每个区域所对应的临界声发射冲击量[I]μ及每个区域所对应的声发射冲击量名义值Qμ；
式中，tm为信号采集时间；[ΔK]为裂尖冲击强度因子，与结构件的材料所对应的常数；C与m为与材料类型所对应的常数。
当Qμ＞1.2[I]μ时，结构损伤程度为宏观尺度损伤，已有可以探测的裂纹形貌。当0.8[I]μ＜Qμ＜1.2[I]μ时，结构损伤程度为介尺度损伤，结构中已包含初成型的裂纹形貌；当Qμ＜0.8[I]μ时，结构损伤程度为微观尺度损伤，结构还处于裂纹萌生阶段，无损伤状态(μ为划分区域的编号)；
S4.声发射敏度修正因子的确定
根据S3的区域尺度判断阶段，代入下式对为介尺度和微观尺度的区域所对应的声发射敏度修正因子Mμ进行计算(μ为划分区域的编号)。
式中，为划分区域中每个顶点的声发射冲击量中的最大值，为划分区域中每个顶点的声发射冲击量中的最小值。
S5.基于敏度修正因子的实时最大损伤区域的确定
根据S2中测量所得到的声发射冲击量及S4中的声发射敏度修正因子Mμ，代入下式计算每个区域的最大损伤率Rμ，根据损伤率的最大值来判断实时的最大损伤区域。
式中，Mmax为每个区域所对应的声发射敏度修正因子Mμ中的最大值，Mmin为每个区域所对应的声发射敏度修正因子Mμ中的最小值。

Claims (5)

1.一种考虑介尺度的敏度修正装载机结构损伤识别方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.装载机结构易损伤位置的确定：
通过有限元软件对装载机结构件在实际工况条件下的应力应变值及动态应力分布状态进行分析，以确定装载机结构件的易损伤位置；
S2.装载机结构损伤位置声发射冲击量的采集：
对S1的易损伤位置进行区域划分，每个区域为只包括一个损伤源的多边形，在多边形的顶点处布置声发射传感器，对装载机结构件在实际工况下每个顶点的声发射冲击量进行采集；
S3.装载机结构裂纹临界声发射冲击量的确定及损伤状态判断：
计算S2中每个区域所对应的临界声发射冲击量及每个区域所对应的声发射冲击量名义值，确定损伤状态，并将损伤状态分为宏观尺度损伤、介尺度损伤、微观尺度损伤；
S4.声发射敏度修正因子的确定：
根据S3的损伤状态判断，对介尺度损伤、微观尺度损伤区域对应的声发射敏度修正因子进行计算；
S5.基于敏度修正因子的实时最大损伤区域的确定：
基于S2中测量所得到的声发射冲击量及S4中的声发射敏度修正因子，计算每个区域的最大损伤率，根据损伤率的最大值来判断实时的最大损伤区域。
2.根据权利要求1所述的考虑介尺度的敏度修正装载机结构损伤识别方法，其特征在于：所述S3中临界声发射冲击量计算公式分别如下：
式中，[I]μ为临界声发射冲击量，[ΔK]为裂尖冲击强度因子，是与结构件的材料所对应的常数，C与m为与材料类型所对应的常数，Aμ为编号为μ的多边形的面积，μ为划分区域的编号，t为时间参数。
3.根据权利要求1所述的考虑介尺度的敏度修正装载机结构损伤识别方法，其特征在于：所述S3中声发射冲击量名义值计算公式分别如下：
式中，Qμ为声发射冲击量名义值，tm为信号采集时间，j为传感器布置的顶点编号，为每个顶点的声发射冲击量，μ为划分区域的编号，t为时间参数。
4.根据权利要求1所述的考虑介尺度的敏度修正装载机结构损伤识别方法，其特征在于：所述S3中确定损伤状态的方法为当声发射冲击量名义值大于1.2倍的临界声发射冲击量时，结构损伤程度为宏观尺度损伤，已有可以探测的裂纹形貌；声发射冲击量名义值大于0.8倍的临界声发射冲击量，同时小于1.2倍的临界声发射冲击量时，结构损伤程度为介尺度损伤，结构中已包含初成型的裂纹形貌；声发射冲击量名义值小于0.8倍的临界声发射冲击量时，结构还处于裂纹萌生阶段，无损伤状态。
5.根据权利要求1所述的考虑介尺度的敏度修正装载机结构损伤识别方法，其特征在于：所述S4中声发射敏度修正因子的计算公式如下：
式中，Mμ为声发射敏度修正因子，为划分区域中每个顶点的声发射冲击量中的最大值，为划分区域中每个顶点的声发射冲击量中的最小值，tm为信号采集时间，j为传感器布置的顶点编号，为每个顶点的声发射冲击量，μ为划分区域的编号，t为时间参数，A为多边形面积。
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