CN110980527B - 基于顺位竞争系数修正残余应力的起重机健康监测方法 - Google Patents

基于顺位竞争系数修正残余应力的起重机健康监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于顺位竞争系数修正残余应力的起重机健康监测方法，包括如下步骤：起重机损伤区域的残余应力测量；残余应力主顺位方向的确定；主顺位方向上残余应力标定系数的求解；融合残余应力标定系数的竞争系数修正值求解；基于顺位竞争系数修正的起重机实时健康状态求解。该监测方法高效、准确。

Description

基于顺位竞争系数修正残余应力的起重机健康监测方法
技术领域
本发明涉及起重机健康监测方法，特别涉及一种基于顺位竞争系数修正残余应力的起重机健康监测方法。
背景技术
起重机是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械。又称天车，航吊，吊车。起重机作为大型的起重设备，购买起重机的成本很大，为了延长起重的寿命，使其更加坚固耐用，就必须了解起重机机身在使用过程中可能会出现的健康状况，如起重机机身出现了裂痕。起重机安装不当也会造成长时间的腐蚀和损害。所以在安装的时候和平时的检查的时候也应该得到重视，机械保养的关注不能缺少。桥式起重机在长时间的使用下，会受到不同程度的腐蚀，如果在加上一定的撞击力，裂纹就会出现。通常情况下通过加上润滑油，减少摩擦力，来延长起重机的使用寿命，并定期进行检查和维护保养，一般由维修人员和操作人员共同来完成。若起重机健康状况不佳且没有及时发现处理会存在事故隐患，造成巨大的财力和生命损失，起重机的健康状态问题越来越受到社会的关注。而通常情况下起重机健康状态的检查都是由人工来完成的，费时费力，且不全面、准确。
因此对大型起重机健康状态进行实时监测是必要且紧迫的。起重机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起重机的健康状态，这对于实际情况下起重机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起重机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顺位竞争系数修正残余应力的起重机健康监测方法。
技术方案：本发明提供基于顺位竞争系数修正残余应力的起重机健康监测方法，包括如下步骤：
S1、起重机损伤区域的残余应力测量；
S2、残余应力主顺位方向的确定；
S3、主顺位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竞争系数修正值求解；
S5、基于顺位竞争系数修正的起重机实时健康状态求解。
进一步地，所述步骤S1测量方法为：根据经验确定起重机的常见易损伤区域，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。
进一步地，所述步骤S2中确定的方法为：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顺位方向，
Figure BDA0002312136130000021
Figure BDA0002312136130000022
Figure BDA0002312136130000023
Figure BDA0002312136130000024
Figure BDA0002312136130000025
Figure BDA0002312136130000026
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；σriz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顺位方向系数，代入下式对第i个损伤区域的主顺位方向上残余应力标定系数Mi进行计算，
Figure BDA0002312136130000031
Figure BDA0002312136130000032
其中，Mi为第i个损伤区域的主顺位方向上残余应力标定系数；Qi为第i个损伤区域中主顺位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，常取值为2。
进一步地，所述步骤S4中求解的方法为：根据S3中损伤区域的主顺位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竞争系数修正值λ进行求解，
Figure BDA0002312136130000033
Figure BDA0002312136130000034
其中，λ为融合残余应力标定系数的竞争系数修正值；
Figure BDA0002312136130000035
为所有损伤区域主顺位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 BDA0002312136130000036
为所有损伤区域中主顺位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顺位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顺位方向上残余应力标定系数的最小值。
进一步地，所述步骤S5中求解的方法为：根据S4中融合残余应力标定系数的竞争系数修正值，代入下式对起重机实时健康状态数值R进行求解，
Figure BDA0002312136130000041
其中，R为起重机实时健康状态数值；
Figure BDA0002312136130000042
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 BDA0002312136130000043
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 BDA0002312136130000044
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：本发明可以实现起重机健康状态的监测，并从微观残余应力的角度出发来对起重机健康状态进行监测，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起重机健康状态的局限性，更有效地提高大型起重机健康状态监测的准确性与效率，减少人力成本。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例基于顺位竞争系数修正残余应力的起重机健康状态监测方法，该方法包括以下步骤：
S1、起重机关键区域的残余应力测量：
根据经验确定起重机的常见易损伤区域，对相应的起重机区域进行标记，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、残余应力主顺位方向的确定：
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顺位方向。
Figure BDA0002312136130000045
Figure BDA0002312136130000051
Figure BDA0002312136130000052
Figure BDA0002312136130000053
Figure BDA0002312136130000054
Figure BDA0002312136130000055
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、主顺位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顺位方向系数，代入下式对第i个损伤区域的主顺位方向上残余应力标定系数Mi进行计算。
Figure BDA0002312136130000061
Figure BDA0002312136130000062
其中，Mi为第i个损伤区域的主顺位方向上残余应力标定系数；Qi为第i个损伤区域中主顺位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，常取值为2。
S4、融合残余应力标定系数的竞争系数修正值求解：
根据S3中损伤区域的主顺位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竞争系数修正值λ进行求解。
Figure BDA0002312136130000063
Figure BDA0002312136130000064
其中，λ为融合残余应力标定系数的竞争系数修正值；
Figure BDA0002312136130000065
为所有损伤区域主顺位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 BDA0002312136130000066
为所有损伤区域中主顺位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顺位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顺位方向上残余应力标定系数的最小值。
S5、基于顺位竞争系数修正的起重机实时健康状态求解：
根据S4中融合残余应力标定系数的竞争系数修正值，代入下式对起重机实时健康状态值R进行求解。
Figure BDA0002312136130000067
其中，R为起重机实时健康状态数值；
Figure BDA0002312136130000068
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 BDA0002312136130000071
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 BDA0002312136130000072
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 (4)

1.一种基于顺位竞争系数修正残余应力的起重机健康监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、起重机损伤区域的残余应力测量，
测量方法为：确定起重机的常见易损伤区域，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、残余应力主顺位方向的确定，
确定的方法为：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顺位方向，
Figure FDA0002662380420000011
Figure FDA0002662380420000012
Figure FDA0002662380420000013
Figure FDA0002662380420000014
Figure FDA0002662380420000015
Figure FDA0002662380420000016
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、主顺位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竞争系数修正值求解；
S5、基于顺位竞争系数修正的起重机实时健康状态求解。
2.根据权利要求1所述的基于顺位竞争系数修正残余应力的起重机健康监测方法，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顺位方向系数，代入下式对第i个损伤区域的主顺位方向上残余应力标定系数Mi进行计算，
Figure FDA0002662380420000021
Figure FDA0002662380420000022
其中，Mi为第i个损伤区域的主顺位方向上残余应力标定系数；Qi为第i个损伤区域中主顺位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，常取值为2。
3.根据权利要求2所述的基于顺位竞争系数修正残余应力的起重机健康监测方法，其特征在于：所述步骤S4中求解的方法为：根据S3中损伤区域的主顺位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竞争系数修正值λ进行求解，
Figure FDA0002662380420000023
Figure FDA0002662380420000031
其中，λ为融合残余应力标定系数的竞争系数修正值；
Figure FDA0002662380420000032
为所有损伤区域主顺位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 FDA0002662380420000033
为所有损伤区域中主顺位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顺位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顺位方向上残余应力标定系数的最小值。
4.根据权利要求3所述的基于顺位竞争系数修正残余应力的起重机健康监测方法，其特征在于：所述步骤S5中求解的方法为：根据S4中融合残余应力标定系数的竞争系数修正值，代入下式对起重机实时健康状态数值R进行求解，
Figure FDA0002662380420000034
其中，R为起重机实时健康状态数值；
Figure FDA0002662380420000035
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 FDA0002662380420000036
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 FDA0002662380420000037
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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