CN111090944B - 挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法、装置及计算机设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法、装置及计算机设备，将已测挖掘机工作装置的测试部位的对应工作姿态的模拟应力值与实际应力值比较，得到测试部位的模拟应力值的第一误差率；获取测试部位的模拟载荷谱，并提取模拟载荷谱中对应工作姿态的应力值与实际应力值比较，得到测试部位的模拟载荷谱的第二误差率；获取设计挖掘机工作装置中待测部位的初始模拟载荷谱、和与对应工作姿态的相同姿态的初始模拟应力值；根据第一误差率修正初始模拟应力值得到最终模拟应力值，和根据第二误差率修正初始模拟载荷谱得到修正模拟载荷谱；并根据最终模拟应力值修正所述修正模拟载荷谱得到最终模拟载荷谱。本发明提高了模拟疲劳分析的精度和效率。

Description

挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法、装置及计算机设备

技术领域

本发明涉及挖掘机技术领域，尤其涉及一种挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法、装置及计算机设备。

背景技术

挖掘机工作装置长期在交变载荷下作业，随着损伤的累计当达到一定程度就会发生疲劳破坏。在实际应用中，挖掘机工作装置的失效方式大部分是疲劳破坏，而疲劳分析有试验和模拟两种方法。目前，挖掘机行业内，工程上对疲劳的研究主要采用试验的方法，但是比较耗时和成本较高，且不适于应用在设计阶段。而传统技术中对挖掘机工作装置的疲劳模拟研究，在载荷谱处理等数据验证方面与工程实际情况有些脱离，准确度不高，而且，新型号挖掘机在设计阶段由于缺少测试数据尤其是载荷谱，故而难以进行模拟分析，或者模拟结果不够准确。

发明内容

针对传统技术中存在的技术问题，本发明提供了一种挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法、装置以及计算设备。

在一个实施例中，本发明提供了一种挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法，方法应用于设计阶段的挖掘机工作装置，包括：

将已测挖掘机工作装置的测试部位的对应工作姿态的模拟应力值与实际应力值进行比较，得到测试部位的模拟应力值的第一误差率；已测挖掘机工作装置与设计挖掘机工作装置为类型相似的工作装置；

获取已测挖掘机工作装置的测试部位的模拟载荷谱，并提取模拟载荷谱中对应工作姿态的应力值与实际应力值进行比较，得到测试部位的模拟载荷谱的第二误差率；

获取设计挖掘机工作装置中与测试部位对应的待测部位的初始模拟载荷谱、以及与对应工作姿态的相同姿态的初始模拟应力值；

根据第一误差率修正初始模拟应力值得到最终模拟应力值，以及根据第二误差率修正初始模拟载荷谱得到修正模拟载荷谱；并根据最终模拟应力值修正模拟载荷谱得到最终模拟载荷谱；

利用最终模拟载荷谱对设计挖掘机工作装置的待测部位进行疲劳预测。

在其中一个实施例中，在利用最终模拟载荷谱进行疲劳预测之前还包括：

获取待测部位的焊缝位置的应力集中系数；

根据应力集中系数，修正最终模拟载荷谱中焊缝位置的待测部位的模拟载荷谱数据。

在其中一个实施例中，获取已测挖掘机工作装置的测试部位的模拟载荷谱包括：

根据已测挖掘机工作装置的结构参数，建立已测挖掘机工作装置的第一刚柔耦合模型；

将获取到的油缸测试参数载入到第一刚柔耦合模型中，得到已测挖掘机工作装置的测试部位的模拟载荷谱；油缸测试参数为根据预设工况测试已测挖掘机工作装置的测试部位得到的数据。

在其中一个实施例中，还包括：

通过对所选取的对应工作姿态下已测挖掘机工作装置的测试部位进行静力分析来得到测试部位的对应工作姿态的模拟应力值。

在其中一个实施例中，获取待测部位的焊缝位置的应力集中系数，包括：

根据设计挖掘机工作装置的待测部位的焊缝位置的结构参数，建立待测部位的焊缝位置的焊缝结构模型；

将根据焊缝结构模型得到的焊缝位置的实际应力和名义应力的比值作为焊缝位置的应力集中系数。

在其中一个实施例中，获取设计挖掘机工作装置中与测试部位对应的待测部位的初始模拟载荷谱、以及与对应工作姿态的相同姿态的初始模拟应力值，包括：

根据设计挖掘机工作装置的结构参数，建立设计挖掘机工作装置的第二刚柔耦合模型；

将获取到的油缸测试参数载入到第二刚柔耦合模型中，得到设计挖掘机工作装置中待测部位的初始模拟载荷谱；油缸测试参数为根据预设工况测试已测挖掘机工作装置的测试部位得到的数据；

对与已测挖掘机工作装置的测试部位的对应工作姿态的相同姿态下的设计挖掘机工作装置的待测部位，进行静力分析得到初始模拟应力值。

在其中一个实施例中，利用最终模拟载荷谱对设计挖掘机工作装置的待测部位进行疲劳预测包括：

对最终模拟载荷谱进行雨流计数，得到待测部位的应力-循环曲线；

根据已测挖掘机工作装置的结构参数，获取与设计挖掘机工作装置的待测部位相同部位的S-N曲线；

根据S-N曲线以及应力-循环曲线，并基于疲劳算法得到设计挖掘机工作装置的待测部位的疲劳寿命预测数据。

在一个实施例中，本发明还提供了一种挖掘机工作装置的疲劳预测分析装置，应用于设计阶段的挖掘机工作装置，包括：

第一误差率获取模块，用于将已测挖掘机工作装置的测试部位的对应工作姿态的模拟应力值与实际应力值进行比较，得到测试部位的模拟应力值的第一误差率；已测挖掘机工作装置与设计挖掘机工作装置为类型相似的工作装置；

第二误差率获取模块，用于获取已测挖掘机工作装置的测试部位的模拟载荷谱，并提取模拟载荷谱中对应工作姿态的应力值与实际应力值进行比较，得到测试部位的模拟载荷谱的第二误差率；

模拟数据采集模块，用于获取设计挖掘机工作装置中与测试部位对应的待测部位的初始模拟载荷谱、以及与对应工作姿态的相同姿态的初始模拟应力值；

载荷谱确定模块，用于根据第一误差率修正初始模拟应力值得到最终模拟应力值，以及根据第二误差率修正初始模拟载荷谱得到修正模拟载荷谱；并根据最终模拟应力值修正修正模拟载荷谱得到最终模拟载荷谱；

疲劳预测模块，用于利用最终模拟载荷谱对设计挖掘机工作装置的待测部位进行疲劳预测。

在一个实施例中，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法的步骤。

在一个实施例中，本发明还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法的步骤。

本发明的挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法、装置及计算机设备，将已测挖掘机工作装置的测试部位的对应工作姿态的模拟应力值与实际应力值进行比较，得到测试部位的模拟应力值的第一误差率；将已测挖掘机工作装置的测试部位的模拟载荷中，对应工作姿态的应力值与实际应力值进行比较，得到测试部位的模拟载荷谱的第二误差率。从而可以根据第一误差率修正设计挖掘机工作装置中待测部位的初始模拟应力值，以及根据第二误差率修正设计挖掘机工作装置中待测位置的初始模拟载荷谱得到修正模拟载荷普，并利用修正得到的最终模拟应力值修正该修正模拟载荷谱得到最终模拟载荷谱。本发明各实施例采用的已测挖掘机工作装置与设计挖掘机工作装置类型相似，从而可以使用已测挖掘机工作装置的试验数据如第一误差率、第二误差率修正以调整设计挖掘机工作装置的载荷谱。本发明有助于为在设计阶段的挖掘机工作装置的疲劳分析模拟研究提供与实际情况较为接近的载荷谱数据，进一步地提高模拟疲劳分析的精度和效率，同时可节省研发成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1示出了本发明一个实施例中挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法的流程示意图；

图2示出了本发明一个实施例中挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法中疲劳分析流程示意图；

图3示出了本发明一个实施例中挖掘机工作装置的疲劳预测分析装置的结构示意图；

图4示出了本发明一个实施例中计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、组件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、组件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、组件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

参见图1，在一个实施例中，本发明实施例提供了一种挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法，该方法应用于设计阶段的挖掘机工作装置，包括：

步骤S110：将已测挖掘机工作装置的测试部位的对应工作姿态的模拟应力值与实际应力值进行比较，得到测试部位的模拟应力值的第一误差率；已测挖掘机工作装置与设计挖掘机工作装置为类型相似的工作装置。

设计挖掘机工作装置为设计阶段的挖掘机工作装置，已测挖掘机工作装置为已在工程上进行试验的挖掘机工作装置。类型相似的工作装置为设计挖掘机工作装置在作业对象和作业工况上与已测挖掘机工作装置相同，其结构参数也与已测挖掘机工作装置相同或近似。测试部位为已测挖掘机工作装置的应力较大位置或易失效位置，如动臂上的指定部位、斗杆的指定部位或铲斗的指定部位，进一步地，可根据测试需求选取一个或多个测试部位，较优地，选取动臂上的指定部位、斗杆的指定部位和铲斗的指定部位作为测试部位。对应工作姿态的实际应力值可通过工程试验的数据中得到。其中，对应工作姿态为已测挖掘机工作装置的测试部位在预设工况下作业的姿态，所选取的对应工作姿态越多得到的第一误差率越准确。进一步地，预设工况包括挖掘、上提、卸载、装车、破石、扣石等中的一种或任意种组合，对应工作姿态如最大挖掘力姿态和最大伸长臂姿态等。

本发明实施例可使得设计挖掘机工作装置借助第一误差率修正待测部位的初始模拟应力值，提高疲劳预测分析的精度。

步骤S120：获取已测挖掘机工作装置的测试部位的模拟载荷谱，并提取模拟载荷谱中对应工作姿态的应力值与实际应力值进行比较，得到测试部位的模拟载荷谱的第二误差率。

测试部位的模拟载荷谱为根据预设工况对已测挖掘机工作装置进行动力学刚柔耦合模拟分析或数值仿真得到的载荷谱数据。进而可从该模拟载荷谱中提取对应工作姿态的应力值以与实际应力值比较，得到测试部位的模拟载荷谱的第二误差率。其中，所提取的对应工作姿态越多，得到的第二误差率越准确。

本发明实施例可使得设计挖掘机工作装置借助第二误差率修正待测部位的模拟载荷谱，从而提高疲劳预测分析的精度，使得测试结果更加接近于实际情况。

步骤S130：获取设计挖掘机工作装置中与测试部位对应的待测部位的初始模拟载荷谱、以及与对应工作姿态的相同姿态的初始模拟应力值。

设计挖掘机工作装置的待测部位为与已测挖掘机工作装置的测试部位相同的部位。初始模拟载荷谱为根据使用预设工况对已测挖掘机工作装置的测试部位进行测试得到的油缸测试参数获得的载荷谱。

本发明实施例选取与已测挖掘机工作装置的对应工作姿态的相同姿态的初始模拟应力值，以便利用第一误差率进行修正，同时以便利用第二误差率对初始模拟载荷谱进行修正，使得设计挖掘机工作装置进行疲劳预测分析的数据更加接近于工程实际情况。

步骤S140：根据第一误差率修正初始模拟应力值得到最终模拟应力值，以及根据第二误差率修正初始模拟载荷谱得到修正模拟载荷谱；并根据最终模拟应力值修正修正模拟载荷谱得到最终模拟载荷谱；最终模拟载荷谱用于对设计挖掘机工作装置的待测部位进行疲劳预测。

例如，可将第一误差率作为第一修正系数乘以初始模拟应力值从而得到最终模拟应力值，以第二误差率作为第二修正系数乘以初始模拟载荷谱的方式得到修正模拟载荷谱。而最终模拟应力值则更正修正模拟载荷谱中对应工作姿态的应力值，从而使得得到的最终模拟载荷谱更准确更加接近于工程实际情况。

步骤S150：利用最终模拟载荷谱对设计挖掘机工作装置的待测部位进行疲劳预测。

本发明的挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法，将已测挖掘机工作装置的测试部位的对应工作姿态的模拟应力值与实际应力值进行比较，得到测试部位的模拟应力值的第一误差率；将已测挖掘机工作装置的测试部位的模拟载荷中，对应工作姿态的应力值与实际应力值进行比较，得到测试部位的模拟载荷谱的第二误差率。从而可以根据第一误差率修正设计挖掘机工作装置中待测部位的初始模拟应力值，以及根据第二误差率修正设计挖掘机工作装置中待测位置的初始模拟载荷谱得到修正模拟载荷普，并利用修正得到的最终模拟应力值修正该修正模拟载荷谱得到最终模拟载荷谱。本发明实施例采用的已测挖掘机工作装置与设计挖掘机工作装置类型相似，从而可以使用已测挖掘机工作装置的试验数据如第一误差率、第二误差率修正以调整设计挖掘机工作装置的载荷谱。本发明有助于为在设计阶段的挖掘机工作装置的疲劳分析模拟研究提供与实际情况较为接近的载荷谱数据，进一步地提高模拟疲劳分析的精度和效率，同时可节省研发成本。

在一个具体的实施例中，在利用所述最终模拟载荷谱进行疲劳预测之前还包括：

步骤S4：获取待测部位的焊缝位置的应力集中系数。

由于挖掘机工作装置的一些焊接位置比较容易疲劳破坏，若在计算设计挖掘机工作装置的初始模拟载荷谱时忽略了焊缝位置的应力值，则需要获取焊缝位置的应力集中系数，用于估算焊缝位置的应力。

步骤S6：根据应力集中系数，修正最终模拟载荷谱中焊缝位置的待测部位的模拟载荷谱数据。

例如可将应力集中系数乘以最终模拟载荷谱中焊缝位置的待测部位的模拟载荷谱数据，以使最终模拟载荷谱更加接近于真实情况。

本发明实施例可根据焊缝位置的应力集中系数修正最终模拟载荷谱，使得对设计挖掘机工作装置的疲劳分析预测更加准确。

在一个具体的实施例中，获取已测挖掘机工作装置的测试部位的模拟载荷谱包括：

步骤S8：根据已测挖掘机工作装置的结构参数，建立已测挖掘机工作装置的第一刚柔耦合模型。

如将已测挖掘机工作装置的三维结构模型导入motion或Adams等软件中建立其刚体的第一运动学模型。再根据已测挖掘机工作装置的结构参数中柔体部件如动臂的结构参数、斗杆的结构参数和铲斗的结构参数，分别对动臂、斗杆和铲斗进行数值离散即网格划分，从而将得到的对应网格数据文件装配入第一运动学模型中，取代第一运动学模型中动臂、斗杆和铲斗的数据，进而建立已测挖掘机工作装置的第一刚柔耦合模型。

步骤S10：将获取到的油缸测试参数载入到第一刚柔耦合模型中，得到已测挖掘机工作装置的测试部位的模拟载荷谱；油缸测试参数为根据预设工况测试已测挖掘机工作装置的测试部位得到的数据。

油缸测试参数为油缸位移或油缸压力，反映了测试部位的工作位姿，进一步地，油缸测试数据根据测试部位例如为动臂的油缸、斗杆的油缸或铲斗的油缸中的一种油缸数据。从而将获取到的油缸测试参数载入到第一刚柔耦合模型中，对第一刚柔耦合模型进行求解计算后可以获取如动臂、斗杆或铲斗所有部位的模拟载荷谱。因此在第一刚柔耦合模型中根据测试部位的单元序号建立测试部位的点集，直接提取挖掘机工作装置测试部位的模拟载荷谱即可。其中，预设工况包括挖掘、上提、卸载、装车、破石、扣石等中的一种或任意种组合，且每一工况的时间按照工程实际中进行疲劳测试的作业时间比例分配。

本发明实施例有助于根据已测挖掘机工作装置的测试部位的模拟载荷谱数据，对设计挖掘机工作装置的待测部位的载荷谱数据进行推导，使得对设计挖掘机工作装置的疲劳预测分析更加准确，同时节省研发成本，提高研发效率。

在一个具体的实施例中，还包括：

通过对所选取的对应工作姿态下已测挖掘机工作装置的测试部位进行静力分析来得到测试部位的对应工作姿态的模拟应力值。

在选取已测挖掘机工作装置的测试部位的对应工作姿态后，根据在实际作业中测试部位以该工作姿态作业时的受力情况进行静力分析从而得到测试部位的对应工作姿态的模拟应力值。

本发明实施例所选取的对应工作姿态越多，第一误差率越准确，有助于修正设计挖掘机工作装置的待测部位的对应工作姿态的初始模拟应力值，使得设计挖掘机工作装置的待测部位的最终模拟载荷谱数据更加准确，以提高疲劳预测分析的精度。

在一个具体的实施例中，获取待测部位的焊缝位置的应力集中系数，包括：

步骤S12：根据设计挖掘机工作装置的待测部位的焊缝位置的结构参数，建立待测部位的焊缝位置的焊缝结构模型。

焊缝的结构形式包括角焊缝、对接焊缝等，焊缝位置的结构参数包括板材厚度、坡口大小、焊角大小以及焊高等。根据焊缝位置的结构参数建立焊缝的三维几何模型，并将该三维几何模型作为焊缝结构模型。

步骤S14：将根据焊缝结构模型得到的焊缝位置的实际应力和名义应力的比值作为焊缝位置的应力集中系数。

例如可根据焊缝结构模型制作该焊缝的标准样件进行实物实验，或进行数值仿真得到焊缝位置的实际应力。名义应力为不考虑焊缝造成的几何突变的应力，名义应力可根据焊缝结构模型对该焊缝进行静力分析而得到。

本发明实施例可得到设计挖掘机工作装置的待测部位较为完整的最终模拟载荷谱数据。从而，可预测分析出设计挖掘机工作装置焊缝位置的待测部位的疲劳数据，使得预测数据更加准确和接近工程实际情况，为设计研发挖掘机工作装置提供更可靠的数据。

在一个具体的实施例中，获取设计挖掘机工作装置中与测试部位对应的待测部位的初始模拟载荷谱、以及与对应工作姿态的相同姿态的初始模拟应力值，包括：

步骤S16：根据设计挖掘机工作装置的结构参数，建立设计挖掘机工作装置的第二刚柔耦合模型。

将设计挖掘机工作装置的三维结构模型导入motion或Adams等软件建立其刚体的第二运动学模型。再根据设计挖掘机工作装置的柔体部件的结构参数，如动臂的结构参数、斗杆的结构参数和铲斗的结构参数，分别对动臂、斗杆和铲斗进行数值离散即网格划分，从而将得到的对应网格数据文件装配入第二运动学模型中，取代第二运动学模型中的动臂、斗杆和铲斗的数据，从而建立设计挖掘机工作装置的第二刚柔耦合模型。

步骤S18：将获取到的油缸测试参数载入到第二刚柔耦合模型中，得到设计挖掘机工作装置中待测部位的初始模拟载荷谱；油缸测试参数为根据预设工况测试已测挖掘机工作装置的测试部位得到的数据。

油缸测试参数为油缸位移或油缸压力，反映了测试部位的工作位姿，由于测试部位与设计挖掘机工作装置的待测部位相同，因此，可将该油缸测试参数加载到第二刚柔耦合模型中进行刚柔耦合模拟分析，得到设计挖掘机工作装置的待测部位的初始模拟载荷谱。油缸测试参数如为动臂的油缸、或斗杆的油缸或铲斗的油缸的油缸数据，从而得到动臂的指定部位、或斗杆的指定部位或铲斗的指定部位的初始模拟载荷谱。具体地，将油缸测试参数载入到第二刚柔耦合模型中，对第二刚柔耦合模型进行求解计算后可以获得如动臂、斗杆或铲斗的所有部位的初始模拟载荷谱。因此在第二刚柔耦合模型中根据待测部位的单元序号建立待测部位的点集，直接提取设计挖掘机工作装置待测部位的初始模拟载荷谱即可。

本发明实施例可根据已测挖掘机工作的油缸测试参数，对设计挖掘机工作装置的待测部位的载荷谱数据进行推导，可节省研发成本，提高设计研发效率。

步骤S20：对与已测挖掘机工作装置的测试部位的对应工作姿态的相同姿态下的设计挖掘机工作装置的待测部位，进行静力分析得到初始模拟应力值。

选取与已测挖掘机工作装置的测试部位的相同姿态，对设计挖掘机工作装置中与该测试部位对应的待测部位进行静力分析。具体地，根据该待测部位在实际作业中以该工作姿态作业时的受力情况进行静力分析，从而得到该待测部位的对应工作姿态的初始模拟应力值。进一步地，如该待测部位为铲斗的指定部位，则在实际作业中铲斗装载物体，根据以该工作姿态作业时各方向上受到的力，对该指定部位进行重力计算、挖掘力计算等，从而得到该待测部位对应工作姿态的受力情况。

本发明实施例通过使用已测挖掘机工作装置的油缸测试参数、和与已测挖掘机工作装置的测试部位的对应工作姿态的相同姿态，推导设计挖掘机工作装置待测部位的初始模拟载荷谱和初始模拟应力值，从而可以根据第一误差率修正设计挖掘机工作装置中待测部位的初始模拟应力值，以及根据第二误差率修正设计挖掘机工作装置中待测位置的初始模拟载荷谱得到修正模拟载荷普。本发明实施例有助于为在设计阶段的挖掘机工作装置的疲劳分析模拟研究提供与实际情况较为接近的数据，进一步地提高模拟疲劳分析的精度和效率，同时可节省研发成本。

参见图2，在一个具体的实施例中，利用所述最终模拟载荷谱对所述设计挖掘机工作装置的待测部位进行疲劳预测，之后包括：

步骤S210：对最终模拟载荷谱进行雨流计数，得到待测部位的应力-循环曲线。

最终模拟载荷谱包含有焊缝位置的待测部位的模拟载荷谱数据或没有焊缝位置的待测部位的模拟载荷数据。

步骤S220：根据已测挖掘机工作装置的结构参数，获取与设计挖掘机工作装置的待测部位相同部位的S-N曲线。

由于已测挖掘机工作装置与设计挖掘机工作装置结构相似，且已测挖掘机工作装置的测试部位与设计挖掘机工作装置的待测部位相同，因此，可将与设计挖掘机工作装置的待测部位相同部位的S-N曲线，作为疲劳预测分析的测试数据。进一步地，S-N曲线的获取可通过查找已测挖掘机工作装置的数据手册，或工程试验数据获得。

步骤S230：根据S-N曲线以及应力-循环曲线，并基于疲劳算法得到设计挖掘机工作装置的待测部位的疲劳寿命预测数据。

本发明实施例采用的已测挖掘机工作装置与设计挖掘机工作装置类型相似，从而可使用已测挖掘机工作装置的S-N曲线并结合待测部位的应力-循环曲线，对设计挖掘机工作装置进行疲劳分析，有助于为在设计阶段的挖掘机工作装置的疲劳分析模拟研究提供与实际情况较为接近的数据，进一步地提高模拟疲劳分析的精度和效率，同时可节省研发成本。

在一个具体的实施例中，根据疲劳寿命预测数据，有不满足要求的部位，则需对其改进，并对改进后的部位重新进行疲劳预测分析。

参见图3，在一个实施例中，本发明还提供了一种挖掘机工作装置的疲劳预测分析装置，应用于设计时间的挖掘机工作装置，包括：

第一误差率获取模块310，用于将已测挖掘机工作装置的测试部位的对应工作姿态的模拟应力值与实际应力值进行比较，得到测试部位的模拟应力值的第一误差率；已测挖掘机工作装置与设计挖掘机工作装置为类型相似的工作装置。

第二误差率获取模块320，用于获取已测挖掘机工作装置的测试部位的模拟载荷谱，并提取模拟载荷谱中对应工作姿态的应力值与实际应力值进行比较，得到测试部位的模拟载荷谱的第二误差率。

模拟数据采集模块330，用于获取设计挖掘机工作装置中与测试部位对应的待测部位的初始模拟载荷谱、以及与对应工作姿态的相同姿态的初始模拟应力值。

载荷谱确定模块340，用于根据第一误差率修正初始模拟应力值得到最终模拟应力值，以及根据第二误差率修正初始模拟载荷谱得到修正模拟载荷谱；并根据最终模拟应力值修正修正模拟载荷谱得到最终模拟载荷谱。

疲劳预测模块350，用于利用最终模拟载荷谱对设计挖掘机工作装置的待测部位进行疲劳预测。

本发明的挖掘机工作装置的疲劳预测分析装置，将已测挖掘机工作装置的测试部位的对应工作姿态的模拟应力值与实际应力值进行比较，得到测试部位的模拟应力值的第一误差率；将已测挖掘机工作装置的测试部位的模拟载荷中，对应工作姿态的应力值与实际应力值进行比较，得到测试部位的模拟载荷谱的第二误差率。从而可以根据第一误差率修正设计挖掘机工作装置中待测部位的初始模拟应力值，以及根据第二误差率修正设计挖掘机工作装置中待测位置的初始模拟载荷谱得到修正模拟载荷普，并利用修正得到的最终模拟应力值修正该修正模拟载荷谱得到最终模拟载荷谱。本发明实施例采用的已测挖掘机工作装置与设计挖掘机工作装置类型相似，从而可以使用已测挖掘机工作装置的试验数据如第一误差率、第二误差率修正以调整设计挖掘机工作装置的载荷谱。本发明有助于为在设计阶段的挖掘机工作装置的疲劳分析模拟研究提供与实际情况较为接近的载荷谱数据，进一步地提高模拟疲劳分析的精度和效率，同时可节省研发成本。

关于挖掘机工作装置的疲劳预测分析装置的具体限定可以参见上文中对于挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法的限定，在此不再赘述。上述挖掘机工作装置的疲劳预测分析装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

参见图4，在一个实施例中，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序处理器执行计算机程序时实现挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法。

该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

在一个实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现一种挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法的步骤。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取内存(RAM，Random Access Memory)、磁盘或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法，其特征在于，所述方法应用于设计阶段的挖掘机工作装置，包括：

将已测挖掘机工作装置的测试部位的对应工作姿态的模拟应力值与实际应力值进行比较，得到所述测试部位的模拟应力值的第一误差率；所述已测挖掘机工作装置与设计挖掘机工作装置为类型相似的工作装置；其中，类型相似的工作装置为设计挖掘机工作装置在作业对象和作业工况上与已测挖掘机工作装置相同，其结构参数也与已测挖掘机工作装置相同；对应工作姿态为已测挖掘机工作装置的测试部位在预设工况下作业的姿态；

获取所述已测挖掘机工作装置的所述测试部位的模拟载荷谱，并提取所述模拟载荷谱中对应工作姿态的应力值与所述实际应力值进行比较，得到所述测试部位的模拟载荷谱的第二误差率；

获取所述设计挖掘机工作装置中与所述测试部位对应的待测部位的初始模拟载荷谱、以及与对应工作姿态相同姿态的初始模拟应力值；

根据所述第一误差率修正所述初始模拟应力值得到最终模拟应力值，以及根据所述第二误差率修正所述初始模拟载荷谱得到修正模拟载荷谱；并根据所述最终模拟应力值修正所述修正模拟载荷谱得到最终模拟载荷谱；

利用所述最终模拟载荷谱对所述设计挖掘机工作装置的待测部位进行疲劳预测。

2.根据权利要求1所述的挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法，其特征在于，在利用所述最终模拟载荷谱进行疲劳预测之前还包括：

获取所述待测部位的焊缝位置的应力集中系数；

根据所述应力集中系数，修正所述最终模拟载荷谱中所述焊缝位置的待测部位的模拟载荷谱数据。

3.根据权利要求1所述的挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法，其特征在于，获取所述已测挖掘机工作装置的测试部位的模拟载荷谱包括：

根据所述已测挖掘机工作装置的结构参数，建立所述已测挖掘机工作装置的第一刚柔耦合模型；

将获取到的油缸测试参数载入到所述第一刚柔耦合模型中，得到所述已测挖掘机工作装置的测试部位的模拟载荷谱；所述油缸测试参数为根据预设工况测试所述已测挖掘机工作装置的所述测试部位得到的数据。

4.根据权利要求1所述的挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法，其特征在于，还包括：

通过对所选取的对应工作姿态下所述已测挖掘机工作装置的测试部位进行静力分析来得到所述测试部位的对应工作姿态的模拟应力值。

5.根据权利要求2所述的挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法，其特征在于，获取所述待测部位的焊缝位置的应力集中系数，包括：

根据所述设计挖掘机工作装置的待测部位的焊缝位置的结构参数，建立所述待测部位的焊缝位置的焊缝结构模型；

将根据所述焊缝结构模型得到的所述焊缝位置的实际应力和名义应力的比值作为所述焊缝位置的应力集中系数。

6.根据权利要求1所述的挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法，其特征在于，获取所述设计挖掘机工作装置中与所述测试部位对应的待测部位的初始模拟载荷谱、以及与对应工作姿态相同姿态的初始模拟应力值，包括：

根据所述设计挖掘机工作装置的结构参数，建立所述设计挖掘机工作装置的第二刚柔耦合模型；

将获取到的油缸测试参数载入到所述第二刚柔耦合模型中，得到所述设计挖掘机工作装置中待测部位的初始模拟载荷谱；所述油缸测试参数为根据预设工况测试所述已测挖掘机工作装置的所述测试部位得到的数据；

对与所述已测挖掘机工作装置的测试部位的对应工作姿态相同姿态下的所述设计挖掘机工作装置的待测部位，进行静力分析得到所述初始模拟应力值。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的挖掘机工作装置的疲劳预测分析方法，其特征在于，利用所述最终模拟载荷谱对所述设计挖掘机工作装置的待测部位进行疲劳预测包括：

对所述最终模拟载荷谱进行雨流计数，得到所述待测部位的应力-循环曲线；

根据所述已测挖掘机工作装置的结构参数，获取与所述设计挖掘机工作装置的待测部位相同部位的S-N曲线；

根据所述S-N曲线以及所述应力-循环曲线，并基于疲劳算法得到所述设计挖掘机工作装置的待测部位的疲劳寿命预测数据。

8.一种挖掘机工作装置的疲劳预测分析装置，其特征在于，应用于设计阶段的挖掘机工作装置，包括：

第一误差率获取模块，用于将已测挖掘机工作装置的测试部位的对应工作姿态的模拟应力值与实际应力值进行比较，得到所述测试部位的模拟应力值的第一误差率；所述已测挖掘机工作装置与设计挖掘机工作装置为类型相似的工作装置；其中，类型相似的工作装置为设计挖掘机工作装置在作业对象和作业工况上与已测挖掘机工作装置相同，其结构参数也与已测挖掘机工作装置相同；对应工作姿态为已测挖掘机工作装置的测试部位在预设工况下作业的姿态；

第二误差率获取模块，用于获取所述已测挖掘机工作装置的所述测试部位的模拟载荷谱，并提取所述模拟载荷谱中对应工作姿态的应力值与所述实际应力值进行比较，得到所述测试部位的模拟载荷谱的第二误差率；

模拟数据采集模块，用于获取所述设计挖掘机工作装置中与所述测试部位对应的待测部位的初始模拟载荷谱、以及与对应工作姿态相同姿态的初始模拟应力值；

载荷谱确定模块，用于根据所述第一误差率修正所述初始模拟应力值得到最终模拟应力值，以及根据所述第二误差率修正所述初始模拟载荷谱得到修正模拟载荷谱；并根据所述最终模拟应力值修正所述修正模拟载荷谱得到最终模拟载荷谱；

疲劳预测模块，用于利用所述最终模拟载荷谱对所述设计挖掘机工作装置的待测部位进行疲劳预测。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。