CN111241741A - 一种基于残余应力影响区间修正的起重机轮轨磨损监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于残余应力影响区间修正的起重机轮轨磨损监测方法，该方法包括如下步骤：S1.起重机实际工况下轮轨结构宏观应力的测量；S2.起重机实际工况下轮轨结构残余应力的测量；S3.监测时间内残余应力影响区间的求解；S4.基于残余应力影响区间修正的复合应力计算；S5.基于残余应力影响区间修正的起重机轮轨结构中磨损值计算。该方法检测精度高，对于实现起重机轮轨磨损的实时监测具有重要的现实意义。

Description

一种基于残余应力影响区间修正的起重机轮轨磨损监测方法

技术领域

本发明涉及起重机轮轨磨损监测，特别涉及一种基于残余应力影响区间修正的起重机轮轨磨损监测方法。

背景技术

随着经济社会的迅猛发展，起重装备的使用量也随之剧增。庞大的起重机体量的背后，其运行过程中的安全问题愈发受到国内外的关注。起重机中的轮轨是这一载运工具工作的重要结构，其在复杂工况条件下的工作运行会加剧轮轨间的磨损程度，进而造成一些重大安全隐患。

国内外目前对起重机轮轨磨损程度的预测研究大多是基于宏观条件下结构的实测应力展开的，并没有充分考虑材料内部的残余应力对轮轨磨损程度的复合作用机制。因此，从起重机轮轨宏观应力与内部材料残余应力复合修正的角度对其轮轨的磨损程度进行监测是必要的。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于残余应力影响区间修正的起重机轮轨磨损监测方法，该方法检测精度高。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种基于残余应力影响区间修正的起重机轮轨磨损监测方法，包括如下步骤：

S1.起重机实际工况下轮轨结构宏观应力的测量：

首先，在有限元分析软件ANSYS中建立起重机轮轨结构的有限元分析模型，运用自适应模式对其进行网格化划分，然后将工况的载荷与约束条件导入到前处理模块中，完毕后开始进行后处理过程，在后处理模块中确定起重机轮轨结构的易损伤部位，并在有限元分析模型中进行标记；

根据有限元分析模型中的标记结果，在实际工况的起重机轮轨结构中布置应力测点；对工况条件下宏观应力进行实时测量，并记为σ_it，其中，i为易损伤部位的编号，t为时间；σ_it为轮轨结构中易损伤部位i在t时刻所测得的宏观应力值；

S2.起重机实际工况下轮轨结构残余应力的测量：

在易损伤部位上布置X射线残余应力测量设备，对轮轨结构中易损伤部位的残余应力值进行实时测量，并记为γ_it，其中，i为易损伤部位的编号，t为时间；γ_it为轮轨结构中易损伤部位i在t时刻所测得的残余应力值；

S3.监测时间内残余应力影响区间的求解：

将建立的起重机轮轨结构有限元分析模型导入到热分析模块中，模拟易损伤部位中的焊缝结构，并进行轮轨接触条件下的热应力分析，确定在工况条件下的模拟最大残余应力值为Y_max；

然后将S2中计算的轮轨结构残余应力值γ_it与S3中求解的工况条件下模拟最大残余应力值Y_max代入下式，对监测时间内的残余应力影响区间β进行求解：

其中，Y_max为工况条件下的模拟最大残余应力值；M为易损伤部位的个数；t_m为总监测时间；i为易损伤部位的编号，t为时间；γ_it为轮轨结构中易损伤部位i在t时刻所测得的残余应力值；

S4.基于残余应力影响区间修正的复合应力计算：

在S1、S2、S3的基础上，确定第i号易损伤部位的基于残余应力影响区间修正的复合应力值F_i

其中，F_i为第i号易损伤部位的基于残余应力影响区间修正的复合应力值；β为监测时间内的残余应力影响区间；t_m为总监测时间；σ_it为工况条件下的实时宏观应力；t为时间；γ_it为轮轨结构中易损伤部位i在t时刻所测得的残余应力值；

S5.基于残余应力影响区间修正的起重机轮轨结构中磨损值计算：

在S1中建立的有限元分析模型的基础上，将S4中求解的第i号易损伤部位的复合应力值F_i作为载荷的输入值，分别施加于i号位置；然后施加实际工况的约束条件，对轮轨结构中每个易损伤部位的磨损值W_i进行计算，即可实现起重机轮轨结构中磨损量的实时监测。

本发明具有如下有益效果：

本发明可以实现起重机在工况条件下轮轨磨损程度的实时监测，通过实时残余应力分量来修正宏观应力，进而依靠轮轨复合应力来实时确定磨损程度，有利于精确地获得真实工况条件下起重机轮轨的磨损量，从而更有效的提高起重机轮轨运行的安全性。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于残余应力影响区间修正的起重机轮轨磨损监测方法流程框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

请参考图1，本发明为基于残余应力影响区间修正的起重机轮轨磨损监测方法，该方法包括以下步骤：

S1.起重机实际工况下轮轨结构宏观应力的测量：

首先，在有限元分析软件ANSYS中建立起重机轮轨结构的有限元分析模型，运用自适应模式对其进行网格化划分，然后将工况的载荷与约束条件导入到前处理模块中，完毕后开始进行后处理过程，在后处理模块中确定起重机轮轨结构的易损伤部位，并在有限元分析模型中进行标记；易损伤部位一般为轮缘和踏面；

根据有限元分析模型中的标记结果，在实际工况的起重机轮轨结构中布置应力测点；对工况条件下宏观应力进行实时测量，并记为σ_it，其中，i为易损伤部位的编号，t为时间；σ_it为轮轨结构中易损伤部位i在t时刻所测得的宏观应力值；宏观应力测量可采用X射线残余应力测量设备；

S2.起重机实际工况下轮轨结构残余应力的测量：

在易损伤部位上布置X射线残余应力测量设备，对轮轨结构中易损伤部位的残余应力值进行实时测量，并记为γ_it，其中，i为易损伤部位的编号，t为时间；γ_it为轮轨结构中易损伤部位i在t时刻所测得的残余应力值；

S3.监测时间内残余应力影响区间的求解：

将建立的起重机轮轨结构有限元分析模型导入到热分析模块中，模拟易损伤部位中的焊缝结构，并进行轮轨接触条件下的热应力分析，确定在工况条件下的模拟最大残余应力值为Y_max；

然后将S2中计算的轮轨结构残余应力值γ_it与S3中求解的工况条件下模拟最大残余应力值Y_max代入下式，对监测时间内的残余应力影响区间β进行求解：

其中，Y_max为工况条件下的模拟最大残余应力值；M为易损伤部位的个数；t_m为总监测时间；i为易损伤部位的编号，t为时间；γ_it为轮轨结构中易损伤部位i在t时刻所测得的残余应力值；

S4.基于残余应力影响区间修正的复合应力计算：

在S1、S2、S3的基础上，确定第i号易损伤部位的基于残余应力影响区间修正的复合应力值F_i

其中，F_i为第i号易损伤部位的基于残余应力影响区间修正的复合应力值；β为监测时间内的残余应力影响区间；t_m为总监测时间；σ_it为工况条件下的实时宏观应力；t为时间；γ_it为轮轨结构中易损伤部位i在t时刻所测得的残余应力值；

S5.基于残余应力影响区间修正的起重机轮轨结构中磨损值计算：

在S1中建立的有限元分析模型的基础上，将S4中求解的第i号易损伤部位的复合应力值F_i作为载荷的输入值，分别施加于i号位置；然后施加实际工况的约束条件，对轮轨结构中每个易损伤部位的磨损值W_i进行计算，即可实现起重机轮轨结构中磨损量的实时监测。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于残余应力影响区间修正的起重机轮轨磨损监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1.起重机实际工况下轮轨结构宏观应力的测量：

首先，在有限元分析软件ANSYS中建立起重机轮轨结构的有限元分析模型，运用自适应模式对其进行网格化划分，然后将工况的载荷与约束条件导入到前处理模块中，完毕后开始进行后处理过程，在后处理模块中确定起重机轮轨结构的易损伤部位，并在有限元分析模型中进行标记；

根据有限元分析模型中的标记结果，在实际工况的起重机轮轨结构中布置应力测点；对工况条件下宏观应力进行实时测量，并记为σ_it，其中，i为易损伤部位的编号，t为时间；σ_it为轮轨结构中易损伤部位i在t时刻所测得的宏观应力值；

S2.起重机实际工况下轮轨结构残余应力的测量：

在易损伤部位上布置X射线残余应力测量设备，对轮轨结构中易损伤部位的残余应力值进行实时测量，并记为γ_it，其中，i为易损伤部位的编号，t为时间；γ_it为轮轨结构中易损伤部位i在t时刻所测得的残余应力值；

S3.监测时间内残余应力影响区间的求解：

将建立的起重机轮轨结构有限元分析模型导入到热分析模块中，模拟易损伤部位中的焊缝结构，并进行轮轨接触条件下的热应力分析，确定在工况条件下的模拟最大残余应力值为Y_max；

然后将S2中计算的轮轨结构残余应力值γ_it与S3中求解的工况条件下模拟最大残余应力值Y_max代入下式，对监测时间内的残余应力影响区间β进行求解：

其中，Y_max为工况条件下的模拟最大残余应力值；M为易损伤部位的个数；t_m为总监测时间；i为易损伤部位的编号，t为时间；γ_it为轮轨结构中易损伤部位i在t时刻所测得的残余应力值；

S4.基于残余应力影响区间修正的复合应力计算：

在S1、S2、S3的基础上，确定第i号易损伤部位的基于残余应力影响区间修正的复合应力值F_i

其中，F_i为第i号易损伤部位的基于残余应力影响区间修正的复合应力值；β为监测时间内的残余应力影响区间；t_m为总监测时间；σ_it为工况条件下的实时宏观应力；t为时间；γ_it为轮轨结构中易损伤部位i在t时刻所测得的残余应力值；

S5.基于残余应力影响区间修正的起重机轮轨结构中磨损值计算：

在S1中建立的有限元分析模型的基础上，将S4中求解的第i号易损伤部位的复合应力值F_i作为载荷的输入值，分别施加于i号位置；然后施加实际工况的约束条件，对轮轨结构中每个易损伤部位的磨损值W_i进行计算，即可实现起重机轮轨结构中磨损量的实时监测。

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