CN110954311A - 基于单元妥协系数修正残余应力的港机钢圈健康监测方法 - Google Patents

基于单元妥协系数修正残余应力的港机钢圈健康监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于单元妥协系数修正残余应力的港机钢圈健康监测方法，包括如下步骤：S1、港机钢圈关键区域的残余应力测量；S2、残余应力主单元方向的确定；S3、主单元方向上残余应力标定系数的求解；S4、融合残余应力标定系数的妥协系数修正值求解；S5、基于单元妥协系数修正的港机钢圈实时健康状态求解。该方法准确、高效。

Description

基于单元妥协系数修正残余应力的港机钢圈健康监测方法
技术领域
本发明涉及钢圈健康监测方法，特别涉及基于单元妥协系数修正残余应力的港机钢圈健康监测方法。
背景技术
当前，在工业生产中，港机钢圈的使用很多，港机钢圈的健康状态问题也越来越受到社会的关注。在这样的背景前提下，若无法对大型港机钢圈的健康状态进行实时监测就无法掌握和避免事故的发生，因此对大型港机钢圈健康状态进行实时监测是必要且紧迫的。港机钢圈健康状态监测方法有很多种，但大多通过比较一些少量测点的应力值与材料所对应的断裂应力极限值来评判整体港机钢圈的健康状态，这对于实际情况下港机钢圈的整体健康状态监测来说存在很多局限性，准确性不高，监测效率低。如何从材料内部的残余应力这一微观角度出发来对港机钢圈健康状态进行监测是目前这一研究领域存在的共性问题。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供基于单元妥协系数修正残余应力的港机钢圈健康监测方法。
技术方案：本发明提供的基于单元妥协系数修正残余应力的港机钢圈健康监测方法，包括如下步骤：
S1、港机钢圈关键区域的残余应力测量；
S2、残余应力主单元方向的确定；
S3、主单元方向上残余应力标定系数的求解；
S4、融合残余应力标定系数的妥协系数修正值求解；
S5、基于单元妥协系数修正的港机钢圈实时健康状态求解。
进一步地，所述步骤S1中测量方法为：对港机钢圈的易损伤区域进行标记并作为关键区域，对标记区域布置X射线残余应力测量装置来实时分别采集每个损伤区域上X、Y、Z三个方向的残余应力值，即：σrix、σriy、σriz。
进一步地，所述步骤S2中测量方法为：在S1的基础上，代入下式对每个损伤区域在X、Y、Z三个方向上的残余应力方向系数Qαi、Qβi、Qγi进行计算，并确定三个参数中的最大值方向为主单元方向，
Figure BDA0002312093040000021
Figure BDA0002312093040000022
Figure BDA0002312093040000023
Figure BDA0002312093040000024
Figure BDA0002312093040000025
Figure BDA0002312093040000026
其中，i为损伤区域代号，i＝1，2，3...N；Qαi为第i个损伤区域X方向上的残余应力方向系数；Qβi为第i个损伤区域Y方向上的残余应力方向系数；Qγi为第i个损伤区域Z方向上的残余应力方向系数；αi为第i个损伤区域X方向上的残余应力分配系数；βi为第i个损伤区域Y方向上的残余应力分配系数；γi为第i个损伤区域Z方向上的残余应力分配系数；σrix为第i个损伤区域X方向上的残余应力；σriy为第i个损伤区域Y方向上的残余应力；σriz为第i个损伤区域Z方向上的残余应力；C(αi，βi，γi)max为第i个损伤区域上X、Y、Z三个方向残余应力分配系数的最大值；C(σrix，σriy，σriz)max为第i个损伤区域上X、Y、Z三个方向残余应力的最大值。
进一步地，所述步骤S3中求解方法为：根据S2中确定的每个损伤区域的残余应力主单元方向系数，代入下式对第i个损伤区域的主单元方向上残余应力标定系数Mi进行计算，
Figure BDA0002312093040000031
Figure BDA0002312093040000032
其中，Mi为第i个损伤区域的主单元方向上残余应力标定系数；Qi为第i个损伤区域中主单元方向上的残余应力系数，即X、Y、Z三个方向上残余应力方向系数Qαi、Qβi、Qγi中的最大值；σri为第i个损伤区域的残余应力综合值；A为X射线残余应力的面积系数，取值为2。
进一步地，所述步骤S3中求解方法为：根据S2中确定的每个损伤区域的残余应力主单元方向系数，代入下式对第i个损伤区域的主单元方向上残余应力标定系数Mi进行计算，
Figure BDA0002312093040000033
Figure BDA0002312093040000034
其中，Mi为第i个损伤区域的主单元方向上残余应力标定系数；Qi为第i个损伤区域中主单元方向上的残余应力系数，即X、Y、Z三个方向上残余应力方向系数Qαi、Qβi、Qγi中的最大值；σri为第i个损伤区域的残余应力综合值；A为X射线残余应力的面积系数，取值为2。
进一步地，所述步骤S4中求解方法为：根据S3中损伤区域的主单元方向上残余应力标定系数，代入下式对融合残余应力标定系数的妥协系数修正值λ进行求解，
Figure BDA0002312093040000041
Figure BDA0002312093040000042
其中，λ为融合残余应力标定系数的妥协系数修正值；
Figure BDA0002312093040000043
为所有损伤区域主单元方向上残余应力标定系数的平均值；Di为损伤区域的残余应力动态定标系数；
Figure BDA0002312093040000044
为所有损伤区域中主单元方向上的残余应力系数平均值；C(Mi)max为所有损伤区域中主单元方向上残余应力标定系数的最大值；C(Mi)min为所有损伤区域中主单元方向上残余应力标定系数的最小值。
进一步地，所述步骤S5中求解方法为：根据S4中融合残余应力标定系数的妥协系数修正值，代入下式对港机钢圈实时健康状态数值R进行求解，
Figure BDA0002312093040000045
其中，R为港机钢圈实时健康状态数值；
Figure BDA0002312093040000046
为所有损伤区域中X方向上残余应力方向系数的平均值；
Figure BDA0002312093040000047
为所有损伤区域中Y方向上残余应力方向系数的平均值；
Figure BDA0002312093040000048
为所有损伤区域中Z方向上残余应力方向系数的平均值。
有益效果：本发明可以实现港机钢圈健康状态的监测，并从微观残余应力的角度出发来对港机钢圈健康状态进行监测，从而避免了通过传统阈值判据或断裂力学模型来评判整体港机钢圈健康状态的局限性，更有效地提高大型港机钢圈健康状态监测的准确性与效率。
附图说明
图1为本发明流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例基于单元妥协系数修正残余应力的港机钢圈健康状态监测方法，该方法包括以下步骤：
S1、港机钢圈关键区域的残余应力测量：
根据经验确定港机钢圈的常见易损伤区域，对相应的港机钢圈区域进行标记，并对常见损伤标记区域布置X射线残余应力测量装置来实时分别采集每个损伤区域上X、Y、Z三个方向的残余应力值，即：σrix、σriy、σriz。
S2、残余应力主单元方向的确定：
在S1的基础上，代入下式对每个损伤区域在X、Y、Z三个方向上的残余应力方向系数Qαi、Qβi、Qγi进行计算，并确定三个参数中的最大值方向为主单元方向。
Figure BDA0002312093040000051
Figure BDA0002312093040000052
Figure BDA0002312093040000053
Figure BDA0002312093040000054
Figure BDA0002312093040000055
Figure BDA0002312093040000056
其中，i为损伤区域代号，i＝1，2，3...N；Qαi为第i个损伤区域X方向上的残余应力方向系数；Qβi为第i个损伤区域Y方向上的残余应力方向系数；Qγi为第i个损伤区域Z方向上的残余应力方向系数；αi为第i个损伤区域X方向上的残余应力分配系数；βi为第i个损伤区域Y方向上的残余应力分配系数；γi为第i个损伤区域Z方向上的残余应力分配系数；σrix为第i个损伤区域X方向上的残余应力；σriy为第i个损伤区域Y方向上的残余应力；σriz为第i个损伤区域Z方向上的残余应力；C(αi，βi，γi)max为第i个损伤区域上X、Y、Z三个方向残余应力分配系数的最大值；C(σrix，σriy，σriz)max为第i个损伤区域上X、Y、Z三个方向残余应力的最大值。
S3、主单元方向上残余应力标定系数的求解：
根据S2中确定的每个损伤区域的残余应力主单元方向系数，代入下式对第i个损伤区域的主单元方向上残余应力标定系数Mi进行计算。
Figure BDA0002312093040000061
Figure BDA0002312093040000062
其中，Mi为第i个损伤区域的主单元方向上残余应力标定系数；Qi为第i个损伤区域中主单元方向上的残余应力系数，即X、Y、Z三个方向上残余应力方向系数Qαi、Qβi、Qγi中的最大值；σri为第i个损伤区域的残余应力综合值；A为X射线残余应力的面积系数，取值为2。
S4、融合残余应力标定系数的妥协系数修正值求解：
根据S3中损伤区域的主单元方向上残余应力标定系数，代入下式对融合残余应力标定系数的妥协系数修正值λ进行求解。
Figure BDA0002312093040000063
Figure BDA0002312093040000064
其中，λ为融合残余应力标定系数的妥协系数修正值；
Figure BDA0002312093040000065
为所有损伤区域主单元方向上残余应力标定系数的平均值；Di为损伤区域的残余应力动态定标系数；
Figure BDA0002312093040000071
为所有损伤区域中主单元方向上的残余应力系数平均值；C(Mi)max为所有损伤区域中主单元方向上残余应力标定系数的最大值；C(Mi)min为所有损伤区域中主单元方向上残余应力标定系数的最小值。
S5、基于单元妥协系数修正的港机钢圈实时健康状态求解：
根据S4中融合残余应力标定系数的妥协系数修正值，代入下式对港机钢圈实时健康状态值R进行求解。
Figure BDA0002312093040000072
其中，R为港机钢圈实时健康状态数值；
Figure BDA0002312093040000073
为所有损伤区域中X方向上残余应力方向系数的平均值；
Figure BDA0002312093040000074
为所有损伤区域中Y方向上残余应力方向系数的平均值；
Figure BDA0002312093040000075
为所有损伤区域中Z方向上残余应力方向系数的平均值。

Claims (6)

1.一种基于单元妥协系数修正残余应力的港机钢圈健康监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、港机钢圈关键区域的残余应力测量；
S2、残余应力主单元方向的确定；
S3、主单元方向上残余应力标定系数的求解；
S4、融合残余应力标定系数的妥协系数修正值求解；
S5、基于单元妥协系数修正的港机钢圈实时健康状态求解。
2.根据权利要求1所述的基于单元妥协系数修正残余应力的港机钢圈健康监测方法，其特征在于：所述步骤S1中测量方法为：对港机钢圈的易损伤区域进行标记并作为关键区域，对标记区域布置X射线残余应力测量装置来实时分别采集每个损伤区域上X、Y、Z三个方向的残余应力值，即：σrix、σriy、σriz。
3.根据权利要求2所述的基于单元妥协系数修正残余应力的港机钢圈健康监测方法，其特征在于：所述步骤S2中测量方法为：在S1的基础上，代入下式对每个损伤区域在X、Y、Z三个方向上的残余应力方向系数Qαi、Qβi、Qγi进行计算，并确定三个参数中的最大值方向为主单元方向，
Figure FDA0002312093030000011
Figure FDA0002312093030000012
Figure FDA0002312093030000013
Figure FDA0002312093030000014
Figure FDA0002312093030000015
Figure FDA0002312093030000021
其中，i为损伤区域代号，i＝1，2，3...N；Qαi为第i个损伤区域X方向上的残余应力方向系数；Qβi为第i个损伤区域Y方向上的残余应力方向系数；Qγi为第i个损伤区域Z方向上的残余应力方向系数；αi为第i个损伤区域X方向上的残余应力分配系数；βi为第i个损伤区域Y方向上的残余应力分配系数；γi为第i个损伤区域Z方向上的残余应力分配系数；σrix为第i个损伤区域X方向上的残余应力；σriy为第i个损伤区域Y方向上的残余应力；σriz为第i个损伤区域Z方向上的残余应力；C(αi，βi，γi)max为第i个损伤区域上X、Y、Z三个方向残余应力分配系数的最大值；C(σrix，σriy，σriz)max为第i个损伤区域上X、Y、Z三个方向残余应力的最大值。
4.根据权利要求3所述的基于单元妥协系数修正残余应力的港机钢圈健康监测方法，其特征在于：所述步骤S3中求解方法为：根据S2中确定的每个损伤区域的残余应力主单元方向系数，代入下式对第i个损伤区域的主单元方向上残余应力标定系数Mi进行计算，
Figure FDA0002312093030000022
Figure FDA0002312093030000023
其中，Mi为第i个损伤区域的主单元方向上残余应力标定系数；Qi为第i个损伤区域中主单元方向上的残余应力系数，即X、Y、Z三个方向上残余应力方向系数Qαi、Qβi、Qγi中的最大值；σri为第i个损伤区域的残余应力综合值；A为X射线残余应力的面积系数，取值为2。
5.根据权利要求4所述的基于单元妥协系数修正残余应力的港机钢圈健康监测方法，其特征在于：所述步骤S4中求解方法为：根据S3中损伤区域的主单元方向上残余应力标定系数，代入下式对融合残余应力标定系数的妥协系数修正值λ进行求解，
Figure FDA0002312093030000031
Figure FDA0002312093030000032
其中，λ为融合残余应力标定系数的妥协系数修正值；
Figure FDA0002312093030000033
为所有损伤区域主单元方向上残余应力标定系数的平均值；Di为损伤区域的残余应力动态定标系数；
Figure FDA0002312093030000034
为所有损伤区域中主单元方向上的残余应力系数平均值；C(Mi)max为所有损伤区域中主单元方向上残余应力标定系数的最大值；C(Mi)min为所有损伤区域中主单元方向上残余应力标定系数的最小值。
6.根据权利要求5所述的基于单元妥协系数修正残余应力的港机钢圈健康监测方法，其特征在于：所述步骤S5中求解方法为：根据S4中融合残余应力标定系数的妥协系数修正值，代入下式对港机钢圈实时健康状态数值R进行求解，
Figure FDA0002312093030000035
其中，R为港机钢圈实时健康状态数值；
Figure FDA0002312093030000036
为所有损伤区域中X方向上残余应力方向系数的平均值；
Figure FDA0002312093030000037
为所有损伤区域中Y方向上残余应力方向系数的平均值；
Figure FDA0002312093030000038
为所有损伤区域中Z方向上残余应力方向系数的平均值。
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