CN110489816A - 一种量化起重机吊臂疲劳损伤等级的分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种量化起重机吊臂疲劳损伤等级的分析方法，首先确定起重机悬臂的疲劳损伤划分标准，并获取各等级的起重机悬臂动力响应；接着分别进行双谱分析，提取主特征值；然后根据主特征值构造正态云基准模型；最后将要求测量的起重机吊臂的主特征值与正态云基准模型进行对照，划分损伤程度等级。本发明集成了双谱非线性分析方法与正态云模型，相比于传统的损伤识别技术，双谱非线性分析方法的引入更能敏感地提取起重机吊臂的非线性特征，而正态云模型的引入则使得识别效率更高。

Description

一种量化起重机吊臂疲劳损伤等级的分析方法
技术领域
本发明公开了一种量化起重机吊臂疲劳损伤等级的分析方法，具体涉及非线性损伤检测领域。
背景技术
随着社会生产对运输设备提出的更高要求，起重设备越来越趋于大型化及功能多元化，这也对其健康监测提出了更高的要求。由于起重设备长时间服役，使得不断累积的疲劳损伤成为威胁起重设备安全的重要元凶之一。疲劳损伤是典型的非线性损伤，但是在进行例如功率谱等响应分析时，其中包含的非线性信息往往被忽略。双谱分析是高阶谱中的最低阶，计算简单但又包含高阶谱的性能，对非线性信号敏感，在检测疲劳损伤方面具有潜力。而近年来传感器的技术发展使得监测系统进一步完善，但是获取的海量数据却得不到有效处理，这对分析方法的效率提出了更高的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何从带疲劳损伤的起重机吊臂动力响应中提取可以作为正态云模型的数字特征的主特征值，需要建立一种量化起重机吊臂疲劳损伤等级的分析方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明提出一种量化起重机吊臂疲劳损伤等级的分析方法，包括如下步骤：
(1)、确定起重机悬臂的疲劳损伤划分标准，并获取各等级的起重机悬臂动力响应；
(2)、分别进行双谱分析，提取主特征值；
(3)、根据主特征值构造正态云基准模型；
(4)、将要求测量的起重机吊臂的主特征值与正态云基准模型进行对照，划分损伤程度等级。
进一步的，本发明的一种量化起重机吊臂疲劳损伤等级的分析方法，步骤(2)中具体计算如下:
x(n)是周期为N的确定性序列，则离散傅里叶变换为
其中，0≤k≤N-1，N为大于1的整数；
则将双谱可定义为
其中，Bx(k1,k2)表示(k1,k2)的双谱值；k1和k2是两个相互独立的频率；上标*表示复共轭。
进一步的，本发明的一种量化起重机吊臂疲劳损伤等级的分析方法，步骤(3)中具体计算如下：
假设U是一论域，A(Ex,En,He)为U的定性概念.如果定量值x∈U是定性概念A的一次随机实现，且x满足：
(1)x～N(Ex,En’2)；
(2)x在A上的确定度y(x)满足：
其中，Ex为U空间分布的期望值；熵En是定性概念不确定性的综合度量；超熵He是熵的熵，表示熵的不确定性；En’～N(En,He 2),N(Ex,En’2)表示期望为Ex，方差为En’2的正态分布，则称x在U上的分布为正态云模型。
进一步的，本发明的一种量化起重机吊臂疲劳损伤等级的分析方法，步骤(4)将被测状态的特征值与正态云基准模型进行确定度对照，确定度最高的类别即为被测状态的损伤等级。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明公开了一种量化起重机吊臂疲劳损伤等级的分析方法，集成了双谱非线性分析方法与正态云模型，相比于传统的损伤识别技术，双谱非线性分析方法的引入更能敏感地提出起重机吊臂的非线性特征，而正态云模型的引入则使得识别效率更高。
附图说明
图1是本发明中提出的一种量化起重机吊臂疲劳损伤等级的分析方法的方法示意图。
图2是本发明中n＝0.3时带疲劳裂纹的起重机吊臂的三维双谱图。
图3是本发明中n＝0.3时带疲劳裂纹的起重机吊臂的二维双谱图。
图4是本发明中正态云基准模型。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明提出一种量化起重机吊臂疲劳损伤等级的分析方法，参考图1所示，包括如下步骤：
(1)、确定起重机悬臂的疲劳损伤划分标准，并获取各等级的起重机悬臂动力响应；
(2)、分别进行双谱分析，提取主特征值；
(3)、根据主特征值构造正态云基准模型；
(4)、将要求测量的起重机吊臂的主特征值与正态云基准模型进行对照，划分损伤程度等级。
本实施例所用带疲劳裂纹的起重机吊臂的动力响应均从数值模型中获取。定义疲劳裂纹的深度与起重机悬臂的高的比为n。
根据步骤(1)为方便理解与计算，本算例中将疲劳损伤划分区间定为[0，0.1]，[0.1,0.3]，[0.3,0.5]，[0.5,0.7],获取n＝0.1,0.3,0.5,0.7的带疲劳裂纹的起重机吊臂的动力响应。
根据步骤(2)分别对n＝0.1,0.3,0.5,0.7四种状态下的动力响应进行非线性双谱分析，其中，n＝0.3时的双谱图如图2、图3所示。提取四种状态下的二阶谐波分量值作为主特征值，分别为25.26，365.7，1452，4627。
根据步骤(3)以步骤(2)中获取的主特征值为基础，计算正态云基准模型的数字特征，其中，四种状态下的期望值分别为Ex1＝0、Ex2＝195.48、Ex3＝908.85、Ex4＝3039.5；四种状态下的熵分别为En1＝65.16、En2＝65.16、En3＝237.79、En4＝710.22；超熵均取值为He＝0.005,然后构建出如图4所示的正态云基准模型。
根据步骤(4)为方便进行结果验证，将n＝0.2的状态定为待测量状态。将待测量状态的起重机吊臂的主特征值与步骤(3)获取的正态云基准模型中的四个云滴分别进行对照，确定重合度分别为(0.1001，0.6941，0.0054，0)。最大重合度为0.6941，所属区间[0.1,0.3]即为待测量状态的损伤等级，与实际结果相符。由此可见，本方法能准确判断起重机悬臂的疲劳损伤程度。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种量化起重机吊臂疲劳损伤等级的分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、确定起重机悬臂的疲劳损伤划分标准，并获取各等级的起重机悬臂动力响应；
(2)、分别进行双谱分析，提取主特征值；
(3)、根据主特征值构造正态云基准模型；
(4)、将要求测量的起重机吊臂的主特征值与正态云基准模型进行对照，划分损伤程度等级。
2.根据权利要求1所述的一种量化起重机吊臂疲劳损伤等级的分析方法，其特征在于，步骤(2)中具体计算如下：
假设x(n)是周期为N的确定性序列，则离散傅里叶变换为
其中，0≤k≤N-1，N为大于1的整数；
则将双谱定义为
其中，Bx(k1，k2)表示(k1，k2)处的双谱值；k1和k2是两个相互独立的频率；上标*表示复共轭。
3.根据权利要求1所述的一种量化起重机吊臂疲劳损伤等级的分析方法，其特征在于，步骤(3)中具体计算如下：
假设U是一论域，A(Ex，En，He)为U的定性概念，如果定量值x∈U是定性概念A的一次随机实现，且x满足：
(1)x～N(Ex，En′2)；
(2)x在A上的确定度y(x)满足：
其中，Ex为U空间分布的期望值；熵En是定性概念不确定性的综合度量；超熵He是熵的熵，表示熵的不确定性；En′～N(En，He 2)；N(Ex，En′2)表示期望为Ex，方差为En′2的正态分布，则称x在U上的分布为正态云模型。
4.根据权利要求1所述的一种量化起重机吊臂疲劳损伤等级的分析方法，其特征在于，步骤(4)将被测状态的特征值与正态云基准模型进行确定度对照，确定度最高的类别即为被测状态的损伤等级。
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