CN115004003A - 裂缝的推测装置、裂缝的推测方法、裂缝的检查方法以及故障诊断方法 - Google Patents

裂缝的推测装置、裂缝的推测方法、裂缝的检查方法以及故障诊断方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115004003A
CN115004003A CN202080093373.1A CN202080093373A CN115004003A CN 115004003 A CN115004003 A CN 115004003A CN 202080093373 A CN202080093373 A CN 202080093373A CN 115004003 A CN115004003 A CN 115004003A
Authority
CN
China
Prior art keywords
crack
matrix
model
observation
estimation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080093373.1A
Other languages
English (en)
Inventor
叶名纪彦
秋吉雅夫
天谷贤治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of CN115004003A publication Critical patent/CN115004003A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0016—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings of aircraft wings or blades
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0033—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining damage, crack or wear
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0017—Tensile
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/02—Reliability analysis or reliability optimisation; Failure analysis, e.g. worst case scenario performance, failure mode and effects analysis [FMEA]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

具备：数据决定部，决定要检查的对象构造物的形状模型和形状模型中的裂缝发生面以及观测面；推测数据计算部，输出推测模型，该推测模型用于根据对从形状模型制作的构造解析模型进行数值解析而得到的、将裂缝发生面的状态和所述观测面的状态关联起来的矩阵，从观测面的状态推测裂缝发生面的状态；以及裂缝推测部，根据在观测面中实际测量的对象构造物的测量值和推测模型，推测裂缝发生面中的裂缝的状态。

Description

裂缝的推测装置、裂缝的推测方法、裂缝的检查方法以及故障 诊断方法
技术领域
本申请涉及裂缝的推测装置、裂缝的推测方法、裂缝的检查方法、以及故障诊断方法。
背景技术
一般而言，设备等构造内部的裂缝无法通过目视检测来检查，存在在通常的检查中没在意，而裂缝扩大，影响构造物的寿命，成为设备故障的可能性。因此，探测构造内部的裂缝对于设备的故障诊断而言成为重要的课题。
作为非破坏地检查构造内部的裂缝的方法，有构造表面的形状测量、超声波探伤以及X射线检查等(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-159477号公报
发明内容
在超声波探伤或者X射线检查手法等非破坏检查法中，装置难以小型化。构造表面的形状测量虽然易于小型化，但难以测量内部的裂缝。
本申请是为了解决这样的课题而完成的，其目的在于提供用小型的装置推测内部的裂缝的裂缝的推测装置。
本申请公开的裂缝的推测装置具备：
数据决定部，决定要检查的对象构造物的形状模型和形状模型中的裂缝发生面以及观测面；
推测数据计算部，输出推测模型，该推测模型用于根据对从形状模型制作的构造解析模型进行数值解析而得到的、将裂缝发生面的状态和观测面的状态关联起来的矩阵，从观测面的状态推测裂缝发生面的状态；以及
裂缝推测部，根据在观测面中实际测量的对象构造物的测量值和推测模型，推测裂缝发生面中的裂缝的状态。
根据本申请公开的裂缝的推测装置，能够用小型的装置根据对构造表面进行形状测量而得到的信息，推测对象构造物的内部的裂缝。
附图说明
图1是实施方式1所涉及的具备裂缝的推测装置的故障诊断装置的整体结构图。
图2是示出实施方式1所涉及的用于推测裂缝的尺寸的整体的流程的流程图。
图3是实施方式1所涉及的裂缝的推测装置的硬件结构图。
图4是实施方式1所涉及的裂缝的推测装置的功能结构图。
图5是示出施加拉伸载荷的状态的对象构造的立体图。
图6是示出施加弯曲力矩的状态的对象构造的立体图。
图7A是说明实施方式1所涉及的对象构造的裂缝发生面的分割的图。
图7B是说明实施方式1所涉及的对象构造的裂缝发生面的分割的其他图。
图7C是说明实施方式1所涉及的对象构造的裂缝发生面的分割的其他图。
图8是说明实施方式1所涉及的对象构造的观测面的分割的图。
图9是用于执行图2的步骤S02的流程图。
图10是示出实施方式1所涉及的储存裂缝发生面的变位变化的信息的存储器构造的图。
图11是示出实施方式1所涉及的储存观测面的应变变化的信息的存储器构造的图。
图12是用于执行图2的步骤S04的流程图。
图13是其他形状的对象构造的立体图。
图14是说明其他形状的对象构造的图。
图15是示出实施方式2所涉及的储存观测面的变位变化的信息的存储器构造的图。
图16是示出实施方式2所涉及的储存观测面的角度变化的信息的存储器构造的图。
图17是示出实施方式3所涉及的储存裂缝发生面的载荷变化的信息的存储器构造的图。
图18是说明实施方式5所涉及的动作的流程图。
图19是说明实施方式6所涉及的动作的流程图。
(符号说明)
01：对象构造；02：裂缝发生面；03：裂缝；04：观测面；100：涡轮发电机；200：转子；300：测量装置；400：裂缝的推测装置；401：处理器；402：存储装置；410：警报装置；420：输入装置；430：显示装置；4021：易失性存储装置；4022：辅助存储装置。
具体实施方式
以下，根据附图说明本申请，但在各图中，对同一或者相当部件、部位附加同一符号而说明。
实施方式1.
图1是本实施方式所涉及的具备裂缝的推测装置400的故障诊断装置500的整体结构图。根据裂缝的推测装置400的学习数据和测量装置300的测量数据，例如推测构成涡轮发电机100内的旋转电机的转子200的构造体(对象构造01)内部的裂缝的尺寸(位置以及大小)，在裂缝的大小是成为故障发生的原因的大小以上时，通过警报装置410利用声音或者显示等进行警告。裂缝的推测装置400与输入装置420以及显示装置430连接。另外，通过测量装置300测量对象构造01。
图2是示出用于裂缝的推测装置400推测对象构造01内部的裂缝的尺寸的整体的流程的流程图，用裂缝的推测装置400进行步骤S01、步骤S02、步骤S04。图3是图1的裂缝的推测装置400的硬件结构图，图4是图1的裂缝的推测装置的功能结构图，图5是示出对对象构造01施加拉伸载荷的状态的立体图，图6是示出对对象构造01施加弯曲力矩的状态的立体图，图7A～图7C是说明对象构造的裂缝发生面02的分割的图，图8是说明对象构造01的观测面04的分割的图。
图2所示的流程图示出在裂缝的推测装置400中进行的数据处理的概要。图3示出使该流程图动作的裂缝的推测装置400内的微型机的硬件的一个例子。由处理器401和存储装置402构成，存储装置402具备随机存取存储器等能够一次存储的易失性存储装置4021和只读存储器、闪存存储器等非易失性的辅助存储装置4022。另外，也可以代替闪存存储器而具备硬盘的辅助存储装置。处理器401通过执行从存储装置402输入的程序，执行图1、图9等所示的流程图。在该情况下，从辅助存储装置4022经由易失性存储装置4021向处理器401输入程序。另外，处理器401既可以将运算结果等数据输出给存储装置402的易失性存储装置4021，也可以将数据经由易失性存储装置4021保存到辅助存储装置4022。另外，在以下的说明中，将易失性存储装置4021设为一次存储部进行说明。
此外，在由处理器401执行图2所示的流程图时，能够如图4所示根据执行内容，分成数据决定部20、推测数据计算部30或者裂缝推测部40等多个功能块。以下，与流程图的步骤一起，还说明各个功能。
在图2中，学习阶段F01是指，制作并学习用于推测的学习数据的阶段。在学习阶段F01中，包括决定学习数据条件的步骤(步骤S01)和根据学习数据制作在推测中使用的模型的步骤(步骤S02)。
另外，在图2中，从学习数据逆解析的阶段F02是从由测量装置300取得的测量数据，根据在学习阶段F01中制作的学习数据，进行裂缝的形状以及位置的推测，进行数据输出的阶段。
[学习阶段F01的说明]
<决定学习数据的步骤(在图4中作为数据决定部20的功能)>
在决定学习数据的步骤S01中，如图5所示，针对进行推测的对象构造01，推测设想裂缝03的发生的部位，决定作为检查部位的裂缝发生面02。
裂缝发生面02例如也可以如以下(1)～(3)所示决定。但是，不限于此。
(1)事先通过测量或者构造解析求出对象构造的发生应力的分布。
(2)选择适合于根据材料、应力分布决定裂缝的发生部位的评价应力，将该应力成为最大的点作为裂缝的发生部位。
(3)进而以贯通的方式决定与该发生部位处的最大主应力方向垂直且在对象构造中与裂缝的发生部位相对的面。
将裂缝发生面02的附近的能够观测的面，设为测量应变的观测面04。此时，在图5中，在检查时，对对象构造01施加拉伸载荷05。另外，如图6所示，在检查时，还有时对对象构造01施加弯曲力矩06。将该对象构造01的整体或者一部分作为检查部位，制作检查部位的形状模型。在对对象构造01整体进行模型化的情况下，将除了载荷以外对对象构造01施加的变形的约束以及温度分布等掌握为构造解析的边界条件。在对对象构造01的一部分进行模型化的情况下，将切出的面的变位或者载荷的分布作为边界条件反映到构造解析。
接下来，如图7A所示，将对象构造01的形状模型内的裂缝发生面02分割为成为单位面(要素)的格子形状08。在图7A中，将分割面的X方向分割为n个，将Y方向分割为m个，用位置(i，j)表示分割的格子交叉的点。因此，位置(i，j)用(0，0)至(n，m)的数字表示。将该格子交叉的点的一点作为裂缝，使裂缝在所有格子交叉的点上依次移动。在步骤S01的阶段中，决定该移动时的顺序。
针对将裂缝发生面02的裂缝的边界条件改变的每次构造解析，按照决定的顺序，存储在裂缝发生面02的格子形状08的格子点求出的变位。另外，存储的变位的分量是相对图5或者图6所示的载荷或者力矩，成为裂缝发生面02的裂缝的部分的变位最大的分量。
作为使裂缝移动的方法，在以有限要素法的情况为例子进行说明时，如图7B所示，有去掉在要素600与要素601之间存在的节点602(连接)的方法。即，设为不共用节点602，分割为要素600的节点和要素601的节点这2个，在该2个节点之间无变位以及力的传递。
或者，将裂缝发生面的变位变更为与产生裂缝的情况同等的形状或者边界条件。例如，如图7C所示，在将裂缝发生面02作为对称面的、有限要素法的1/2的解析模型中，将成为裂缝的节点603的边界条件设为无载荷以及无变位的约束。关于其以外的裂缝发生面02的节点，将无载荷以及将Z方向的变位设为0的约束条件作为边界条件提供。
接下来，如图8所示，决定取得用于推测裂缝的表面的变形信息的范围。将该范围设为观测面04。在本实施方式中，作为表面的变形，使用应变。观测面04也与裂缝发生面02同样地分割为格子形状09。在图8中，将分割面的X方向分割为n个，将Z方向分割为p个，用位置(k，l)表示分割的格子形状09交叉的点。因此，位置(k，l)用(0，0)至(n，p)的数字表示。针对将裂缝发生面02的裂缝的边界条件改变的每次构造解析，按照决定的顺序，存储在观测面04的格子点求出的应变。在步骤S01中，决定该存储的顺序。另外，存储的应变的分量是相对图5或者图6所示的载荷或者力矩应变最大的分量。另外，关于对2轴(例如Z轴和Y轴)施加载荷或者力矩的情况下的应变，也可以使用作为评价多轴的载荷或者由于构造的影响产生的多轴应力场的应变的参数的主应变、特雷斯卡的等效应变、米塞斯的等效应变。
该观测面04不限定于图8所示的面状的、格子形状的交叉的点群(栅格点群)，也可以是观测面内的一部分的离散的点或者点群。
<根据学习数据制作在推测中使用的模型的步骤(在图4中作为推测数据计算部30的功能)>
接下来，详述步骤S02。在步骤S02中，根据在步骤S01中决定的学习数据，制作在裂缝的形状以及位置的推测中使用的构造解析模型。
即，使假设的裂缝的形状、位置按照在步骤S01中决定的顺序变化，对从形状模型制作的构造解析模型进行数值解析，将裂缝发生面02的变位和观测面04的变形作为矢量存储到存储装置402。之后，将存储于存储装置402的、假设的所有裂缝形状的解析结果表现为矩阵。
进而，使用裂缝发生面02的变位和观测面04的变形的关系为线性，求出裂缝发生面矩阵和观测面矩阵的正向系数矩阵的逆矩阵。
图9示出步骤S02的详细流程。另外，图10以及图11示出用于在步骤S02中根据保存于存储装置402的矢量制作矩阵的存储器构造。这些存储器构造储存于存储装置402内。
<作为数值解析部31的功能>
(1)在图9中，在步骤S0201中，将包括在步骤S01中决定的、裂缝的发生部位(裂缝发生面02)和测量应变的面(观测面04)的形状模型、为了学习而假设的裂缝的形状、位置以及学习的顺序输入到处理器401。处理器401执行以下的流程。
(2)在步骤S0202中，根据形状模型，通过有限要素法等数值计算，制作构造解析模型。
<作为数值解析控制部32的功能>
(3)在步骤S0203中，将构造解析模型的裂缝发生面02和观测面04如上所述分割为多个格子形状08，提供未发生裂缝的边界条件，通过构造解析，计算裂缝发生面02的变位和观测面04的变形。
(4)在步骤S0204中，将构造解析模型的裂缝发生面02如上所述分割为多个格子形状08，提供将包含于该格子形状08的各节点作为裂缝的边界条件，通过构造解析计算观测面04的变形。
(5)在步骤S0205中，针对作为裂缝的节点的每个条件，将裂缝发生面02的全部节点的变位的裂缝发生前后的差分按照学习的顺序排列，制作裂缝发生面02的变位变化的矢量Δ(0，0)。另外，将观测面04的全部节点的变形的裂缝的发生前后的差分按照学习的顺序排列，制作观测面04的应变变化的变形矢量E(0，0)(参照后述图10)。
(6)在步骤S0206中，在存储装置402中保存矢量。
(7)在步骤S0207中，判定是否进行了将裂缝发生面02的全部节点作为裂缝的构造解析。由于将裂缝发生面02的全部接点作为裂缝，所以在未将全部接点作为裂缝进行构造解析的情况下，在步骤S0208中，变更作为裂缝的节点，返回到步骤S0204，进行构造解析，通过步骤S0206，在存储装置402中保存矢量。
(8)在将裂缝发生面02的全部接点作为裂缝进行构造解析之后，在步骤S0209中，将保存于存储装置402的裂缝发生面02的变位变化的矢量Δ(0，0)按照学习的顺序排列，制作作为裂缝发生面02的变位变化的矩阵的、裂缝发生面矩阵Δcrack_diff。
(8-1)具体而言，如图10的存储器构造所示，关于裂缝发生面02的变位变化的矢量Δ(0，0)的列矢量，按照在步骤S01中决定的顺序，排列裂缝发生面02的节点的变位数据。在Δ(0，0)的列矢量中，δ(i，j)表示裂缝发生面02的位置(i，j)的节点的变位。
(8-2)进而，关于学习的使裂缝发生的位置的信息，作为裂缝发生面02的位置(i，j)，制作Δ(i，j)的列矢量，用δi_j(i，j)表示该列矢量内的要素。Δ(i，j)表示将裂缝发生面02的位置(i，j)的节点作为裂缝进行构造解析的结果的、裂缝发生面02的位置(i，j)的节点的变位。将该列矢量按照在步骤S01中决定的裂缝发生的位置的顺序排列成行，制作裂缝发生面02的变位变化的裂缝发生面矩阵Δcrack_diff。
(9)另外，在步骤S0209中，根据保存于存储装置402的观测面04的全部节点的应变变化的变形矢量E(0，0)，制作作为观测面的应变变化的变形矩阵的、观测面矩阵Emeasure。
(9-1)具体而言，如图11的存储器构造所示，关于观测面的应变变化的变形矢量E(0，0)的列矢量，按照在步骤S01中决定的顺序，排列观测面04的节点的应变数据。在E(0，0)的列矢量中，ε(k，l)表示观测面04的位置(k，l)的节点的应变。
(9-2)进而，关于学习的使裂缝发生的位置的信息，作为裂缝发生面02的位置(i，j)，制作E(i，j)的列矢量，用εi_j(k，l)表示该列矢量内的要素。E(i，j)表示将裂缝发生面02的位置(i，j)的节点作为裂缝进行构造解析的结果的、裂缝发生面02的位置(i，j)的节点的应变。将该列矢量按照在步骤S01中决定的裂缝发生的位置的顺序排列成行，制作观测面的应变变化的观测面矩阵Emeasure。
＜作为推测数据输出部33的功能＞
(10)在图9中，在步骤S0210中，使用裂缝发生面02的变位和观测面04的全部节点的变形的线性关系，如式(1)所示，定义从裂缝发生面矩阵Δcrack_diff向观测面矩阵Emeasure映射的系数矩阵D。然后，如式(2)所示，在式(1)的两边从左侧乘以裂缝发生面矩阵Δcrack_diff的逆矩阵、Δcrack_diff -1，从而如式(3)所示，根据裂缝发生面矩阵Δcrack_diff和观测面矩阵Emeasure，制作系数矩阵D。
[数学式1]
数学式1
Figure BDA0003747407430000091
[数学式2]
数学式2
Figure BDA0003747407430000092
[数学式3]
数学式3
Figure BDA0003747407430000101
(11)在步骤S0211中，计算在步骤S0210中制作的系数矩阵D的逆矩阵D-1。
(12)在步骤S0212中，作为推测模型，输出逆矩阵D-1。在本实施方式中，以作为裂缝发生面02的状态使用变位，作为观测面04的状态使用应变，通过逆矩阵表示它们的关系的推测模型为例子进行说明。但是，推测模型不限定于上述逆矩阵。即，推测模型是用于根据对构造解析模型进行数值解析而得到的将裂缝发生面02的状态和观测面04的状态关联起来的矩阵，从观测面04的状态推测裂缝发生面02的状态的模型即可。
[根据学习数据逆解析的阶段F02(在图4中作为裂缝推测部40的功能)]
在图2中，在测量数据的取得的步骤S03中，通过测量装置300测量对象构造01的观测面04的变形。在此，作为例子，示出应变。测量装置300的测量方法使用应变计量器、数字图像相关法等。关于此处的应变，测量在内部无裂缝的条件和发生裂缝的2个状态下的应变，将其差分输入给裂缝的推测装置400。根据输入的测量值，裂缝的推测装置400执行图2所示的步骤S04。具体而言，通过处理器401，如以下所述执行储存于存储装置402的图12的流程图。
(1)在图12的步骤S0401中，制作将测量的应变数据按照在步骤S01中决定的顺序作为与E(i，j)相同的应变的列矢量排列的观测面04的变形矢量。测量的应变数据设为与学习时的应变数据相同的位置。
(2)接下来，在步骤S0402中，准备作为图1的步骤S02的输出的在学习阶段F01中计算的推测模型(逆矩阵D-1)。
(3)在步骤S0403中，根据在步骤S0401中通过测量值得到的观测面04的变形矢量和在步骤S0402中的在学习阶段F01中计算的推测模型(逆矩阵D-1)，计算裂缝发生面02的变位矢量。
(4)在步骤S0404中，将裂缝发生面02的变位矢量作为与在步骤S01中决定的学习数据相同的顺序，变换为裂缝发生的面的变位分布。然后，将变位发生的节点作为裂缝，决定位置和大小。将其结果作为步骤S0405所示的裂缝的位置和大小输出。
(5)在步骤0405(与图2的步骤S05相应)中，将在步骤S0404中输出的裂缝的位置和大小作为检查结果显示于显示装置430。
如以上所述，在本实施方式中，能够根据用具备输入装置、显示装置、存储装置以及处理器的小型的装置对构造表面进行形状测量而得到的信息，推测对象构造的内部的裂缝。
在此前的说明中，关于对象构造01，将平板作为对象，用X轴、Y轴、Z轴的正交坐标系表示，但还能够如图13所示应用于对象构造01为圆筒10且坐标为R轴、Z轴、角度θ的圆筒坐标系。在该情况下，图7A～图7C以及图8所示的X轴与R轴对应，Y轴与角度θ对应，Z轴与Z轴对应。成为对象的圆筒构造是如图14所示的热装部的施加内压11的构造，将由于在内部发生裂缝而表面的形状变化的例子作为对象。
作为应用上述圆筒坐标系的对象构造的例子，有热装于旋转电机的转子的端部的保持环的与转子铁芯的热装部。
另外，逆矩阵D-1也可以通过表示用步骤S0203中的构造解析求出的、裂缝发生面02的变位和观测面04的变形的刚性矩阵的部分矩阵的矩阵运算求出。
实施方式2.
图15是示出实施方式2所涉及的储存观测面04的变位变化的信息的存储器构造的图，图16是示出实施方式2所涉及的储存观测面的角度变化的信息的存储器构造的图。
关于如在实施方式1中说明的检查结果，仅通过有无裂缝，无法决定装置的停止以及能够使用期间。但是，不能学习希望检测的所有裂缝形状。为了解决这样的课题，其目的在于，高效地学习少的裂缝数据，根据观测面04的变化，推测任意的内部的裂缝的位置、大小。
在此，仅示出作为观测面04的变形并非使用应变变化而使用变位变化、角度变化的情况下的、观测面04的变形矢量以及观测面矩阵的制作方法的变更点。
在使用变位变化的情况下，在图9中，代替步骤S0205或者图11所示的应变变化的变形矢量E(0，0)，而如图15所示使用变位变化的矢量Dis(0，0)的列矢量。关于列矢量Dis(0，0)，按照在步骤S01中决定的顺序，排列观测面04的节点的变位变化的数据。在图15中，d(k，l)表示观测面04的位置(k，l)的节点的变位变化。进而，关于学习的使裂缝发生的位置的信息，作为裂缝发生面02的位置(i，j)，制作列矢量Dis(i，j)，用di_j(k，l)表示该列矢量Dis(i，j)内的要素。di_j(k，l)表示将裂缝发生面02的位置(i，j)的节点作为裂缝进行构造解析的结果的、裂缝发生面02的位置(k，l)的节点的位置变化。将该列矢量按照在步骤S01中决定的裂缝发生的位置的顺序排列成行，制作作为观测面的变形变化的矩阵的观测面矩阵Dismeasure。
在使用角度变化的情况下，在图9中，代替步骤S0205或者图11所示的应变变化的变形矢量E(0，0)，而如图16所示使用角度变化的矢量A(0，0)的列矢量。关于列矢量A(0，0)，按照在步骤S01中决定的顺序，排列观测面04的节点的角度变化数据。在图16中，a(k，l)表示观测面04的位置(k，l)位置的节点的角度变化。进而，关于学习的使裂缝发生的位置的信息，作为裂缝发生面02的位置(i，j)，制作列矢量A(i，j)，用ai_j(k，l)表示该列矢量A(i，j)内的要素。ai_j(k，l)表示将裂缝发生面02的位置(i，j)的节点作为裂缝进行构造解析的结果的、裂缝面的(k、l)位置的节点的角度变化。将该列矢量按照在步骤S01中决定的裂缝发生的位置的顺序排列成行，制作作为观测面04的角度变化的矩阵的观测面矩阵Ameasure。
如以上所述，通过使用本方式，能够使制作与在发生裂缝的面中产生的裂缝的所有形状对应的学习数据的部分自动化，能够用少的裂缝数据的学习，根据观测面的变化，高效地推测任意的内部的裂缝的位置、大小。进而，通过作为观测面的变形不仅使用应变变化而且还使用变位变化、角度变化，能够扩大测量方法的种类，能够相比于应变测量，以短时间且高精度地测量。
实施方式3.
图17是实施方式3所涉及的储存裂缝发生面02的载荷变化的矢量的信息的存储器构造的图。
在此，仅示出在对裂缝发生面02的解析结果进行矩阵表现的参数中使用力的变化的情况下的、观测面04的变形矢量以及观测面矩阵的制作方法的变更点。
在图9中，代替步骤S0205或者图10所示的裂缝发生面02的变位变化的矢量Δ(0，0)，而如图17所示使用裂缝发生面的载荷变化的矢量Z(0，0)的列矢量。关于列矢量Z(0，0)，按照决定的顺序，排列裂缝发生面02的节点的载荷数据。在图17中，ζ(i，j)表示裂缝发生面02的位置(i，j)的节点的载荷。进而，关于学习的使裂缝发生的位置的信息，作为裂缝发生面02的位置(i，j)，制作列矢量Z(i，j)，用ζi_j(i，j)表示该列矢量Z(i，j)内的要素。ζi_j(i，j)表示将裂缝发生面02的位置(i，j)的节点作为裂缝进行构造解析的结果的、裂缝面的位置(i，j)的节点的载荷。将该列矢量按照在步骤S01中决定的裂缝发生的位置的顺序排列成行，制作作为裂缝发生面02的载荷变化的矩阵的、裂缝发生面矩阵Zcrack_diff。
即使在对裂缝发生面02的解析结果进行矩阵表现的参数中不仅使用变位变化而且还使用力的变化的情况下，作为观测面04的变形不仅能够使用应变变化而且还能够使用变位变化、角度变化，能够得到与实施方式2同样的效果。
如以上所述，通过使用本方式，能够使制作与在裂缝发生面中产生的裂缝的所有形状对应的学习数据的部分自动化，能够用少的裂缝数据的学习，根据观测面的变化，高效地推测任意的内部的裂缝的位置、大小。进而，关于对裂缝发生面的解析结果进行矩阵表现的参数，不仅能够使用变位变化而且还能够使用力的变化。其原因为，发生裂缝的位置的节点的力为0，在其以外产生力。
实施方式4.
在实施方式1中，需要在检测时在观测面通过内部裂缝产生变形，所以对象构造01限于热装部等预先施加力的构造。但是，即使在不对对象构造01预先施加力的情况下，通过在学习数据的决定时等无裂缝的条件以及检测时实施对对象构造01施加一定的载荷，能够同样地测量。
具体而言，在图2的步骤S01的学习数据的决定时，决定对对象构造01施加的载荷和施加载荷的位置，追加到构造解析时的边界条件。然后，在步骤S03的测量数据的取得时，在施加载荷的位置施加在学习数据的决定时决定的施加的载荷，进行测量。由此，即使在不对测量的对象构造01预先施加力的情况下，也能够推测裂缝的形状、位置。
实施方式5.
也可以除了对裂缝的形状、位置的推测进行逆解析以外，还使用通过图12的步骤S0404推测的裂缝的位置以及大小、在涡轮发电机100等设备的运转中对转子构造施加的外力、发生裂缝的构造的材料的物性值，进行对象构造01的检查，求出裂缝的发展寿命，求出剩余的设备的使用期间。由此，能够掌握设备的残存的能够使用时间，能够进行计划性的装置的修补、更新。此外，以实施方式1为例子，通过涡轮发电机进行了说明，但不限于此。
具体而言，如图18所示，对在图12中的步骤S0404中推测的、裂缝的位置和大小的信息，追加步骤S22所示的信息。作为追加的信息，考虑(1)对对象构造01施加的外力、(2)在对象构造01中使用的材料的物性值、(3)使对象构造01变得不能够使用的裂缝的大小以及位置的信息。这些信息能够在产品设计阶段获得，例如，从图3所示的输入装置420输入。根据在步骤S0404中推测的信息和在步骤S22中输入的2个输入信息，在步骤S23中，根据破坏力学，计算使用对象构造01的涡轮发电机等对象设备的使用条件中的裂缝的发展量。关于发展量的计算，不仅是基于破坏力学，而且也可以根据时序的裂缝的大小、位置的推测结果，推测发展量。进而，在步骤S24中，计算达到使对象构造01不能够使用的裂缝的大小、不能够使用的位置的使用期间。然后，在步骤S25中，计算剩余的使用期间。通过显示装置430输出计算的使用期间，能够活用于设备的故障诊断。
实施方式6.
也可以根据在图12的步骤S0404中推测的裂缝的位置以及大小和预先决定的构造内的裂缝的大小、位置的限制值，产生催促设备的使用停止的警报，进行设备的故障诊断。由此，能够迅速地判断设备的使用停止。例如，通过图3所示的警报装置410，进行警报。
具体而言，如图19所示，对在图12中的步骤S0404中得到的、裂缝的位置和大小的推测值的信息追加步骤S22所示的信息。作为追加的信息，考虑(1)对对象构造施加的外力、(2)在对象构造中使用的材料的物性值、(3)使对象构造变得不可使用的裂缝的大小以及位置的信息。这些信息能够在产品设计阶段获得，例如从图3所示的输入装置420输入。根据在步骤S0404中推测的信息和在步骤S22中得到的信息的2个输入信息，在步骤S26中，判定裂缝的大小是否超过使设备变得不可使用的预先决定的阈值、或者在决定的期间内是否超过。在超过的情况下，如步骤S27所示，产生催促使用停止的警报。例如，通过图3所示的警报装置410，进行警报。在未超过的情况下，如步骤S28所示，仅将有裂缝显示于显示装置430。进而，在该情况下，也可以一并显示实施方式5所示的剩余的使用期间。通过这样产生警报，能够活用于设备的故障诊断。
本申请记载各种例示性的实施方式以及实施例，但1个或者多个实施方式记载的各种特征、方式、以及功能不限于特定的实施方式的应用，能够单独或者以各种组合应用于实施方式。
因此，在本申请说明书公开的技术的范围内，设想未例示的无数的变形例。例如，包括将至少1个构成要素变形的情况、追加的情况或者省略的情况、进而抽出至少1个构成要素并与其他实施方式的构成要素组合的情况。

Claims (11)

1.一种裂缝的推测装置，其特征在于，具备：
数据决定部，决定要检查的对象构造物的形状模型和所述形状模型中的裂缝发生面以及观测面；
推测数据计算部，输出推测模型，该推测模型用于根据对从所述形状模型制作的构造解析模型进行数值解析而得到的、将所述裂缝发生面的状态和所述观测面的状态关联起来的矩阵，从观测面的状态推测裂缝发生面的状态；以及
裂缝推测部，根据在所述观测面中实际测量的所述对象构造物的测量值和所述推测模型，推测所述裂缝发生面中的裂缝的状态。
2.根据权利要求1所述的裂缝的推测装置，其特征在于，
所述推测数据计算部包括：
数值解析部，将所述裂缝发生面以及所述观测面分别分割为单位面，根据分割的所述单位面的边界条件，对所述构造解析模型进行数值解析；
数值解析控制部，从所述形状模型制作所述构造解析模型，依次设定在所述裂缝发生面中发生裂缝的所述构造解析模型的边界条件，并且在所述数值解析部中依次进行依次设定的边界条件下的解析，将所述裂缝发生面的解析结果和所述观测面的解析结果存储到存储装置；以及
推测数据输出部，求出从对存储于所述存储装置的所述裂缝发生面的解析结果进行矩阵表现而得到的裂缝发生面矩阵向对存储于所述存储装置的所述观测面的解析结果进行矩阵表现而得到的观测面矩阵映射的正向系数矩阵，将所述正向系数矩阵的逆矩阵作为所述推测模型而输出。
3.根据权利要求1或者2所述的裂缝的推测装置，其特征在于，
作为所述构造解析模型的边界条件的输入边界条件为：在所述裂缝发生面中，断开分割所述裂缝发生面而得到的单位面彼此的连接或者将所述裂缝发生面的变位变更为与产生裂缝的情况相等的形状或者边界条件。
4.根据权利要求2所述的裂缝的推测装置，其特征在于，
所述观测面的解析结果被表示为基于所述观测面的变位变化、应变变化以及角度变化中的任意变化的矢量。
5.根据权利要求2所述的裂缝的推测装置，其特征在于，
所述裂缝发生面的解析结果被表示为基于所述裂缝发生面的变位变化或者载荷变化的矢量。
6.根据权利要求2所述的裂缝的推测装置，其特征在于，
所述裂缝推测部根据从在所述观测面中实际测量的所述对象构造物的变形的结果制作的所述观测面的变形矢量和由所述推测数据输出部计算出的逆矩阵，计算所述裂缝发生面中的变位矢量，根据该变位矢量，推测所述裂缝发生面中的裂缝的位置和大小。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的裂缝的推测装置，其特征在于，
所述对象构造物是热装于旋转电机的转子的端部的保持环的、与转子铁心的热装部分，所述对象构造物的所述形状模型是圆筒坐标系。
8.一种裂缝的推测方法，其特征在于，具备：
输入要检查的对象构造物的形状模型和所述形状模型中的裂缝发生面以及观测面的步骤；
输出推测模型的步骤，该推测模型用于根据从所述形状模型制作的构造解析模型中的将所述裂缝发生面的状态和所述观测面的状态关联起来的矩阵，从所述观测面的状态推测裂缝发生面的状态；以及
根据在所述观测面中实际测量的所述对象构造物的测量值和所述推测模型，推测所述裂缝发生面中的裂缝的状态的步骤。
9.根据权利要求8所述的裂缝的推测方法，其特征在于，
所述输出推测模型的步骤包括：
依次设定在分割所述裂缝发生面而得到的单位面彼此的所有节点发生裂缝的所述构造解析模型的边界条件而进行数值解析，将解析的所述裂缝发生面的解析结果和所述观测面的解析结果存储到存储装置的步骤；以及
根据存储于所述存储装置的解析结果，计算对所述裂缝发生面进行矩阵表现而得到的裂缝发生面矩阵和对所述观测面进行矩阵表现而得到的观测面矩阵，求出将所述裂缝发生面矩阵向所述观测面矩阵映射的正向系数矩阵，将该正向系数矩阵的逆矩阵作为所述推测模型而输出的步骤。
10.一种裂缝的检查方法，其特征在于，
根据用权利要求8所述的裂缝的推测方法推测的对象构造物的裂缝的位置以及大小、对所述对象构造物施加的外力以及在所述对象构造物中使用的材料的物性值，求出所述裂缝的发展寿命，计算直至所述发展寿命为止的剩余的期间。
11.一种故障诊断方法，其特征在于，
在根据用权利要求8所述的裂缝的推测方法推测的对象构造物的裂缝的位置以及大小、对所述对象构造物施加的外力以及在所述对象构造物中使用的材料的物性值，判断为所述裂缝的大小超过决定的阈值或者在决定的期间内超过所述阈值的情况下，产生警报。
CN202080093373.1A 2020-01-22 2020-01-22 裂缝的推测装置、裂缝的推测方法、裂缝的检查方法以及故障诊断方法 Pending CN115004003A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/002038 WO2021149170A1 (ja) 2020-01-22 2020-01-22 き裂の推定装置、き裂の推定方法、き裂の検査方法および故障診断方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115004003A true CN115004003A (zh) 2022-09-02

Family

ID=73452926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080093373.1A Pending CN115004003A (zh) 2020-01-22 2020-01-22 裂缝的推测装置、裂缝的推测方法、裂缝的检查方法以及故障诊断方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230003626A1 (zh)
JP (1) JP6789452B1 (zh)
CN (1) CN115004003A (zh)
DE (1) DE112020006580T5 (zh)
WO (1) WO2021149170A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11428612B2 (en) * 2020-09-16 2022-08-30 Mitsubishi Electric Corporation Estimation device and estimation method

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57151841A (en) * 1981-03-16 1982-09-20 Toshiba Corp Apparatus for monitoring remaining life of turbine rotor
JPS62144543A (ja) * 1985-12-19 1987-06-27 Fuji Electric Co Ltd 冷間加工型非磁性保持環
JP3708067B2 (ja) * 2002-08-09 2005-10-19 川崎重工業株式会社 弾塑性体の亀裂進展予測方法および変形予測方法
JP2008256474A (ja) * 2007-04-03 2008-10-23 Toshiba Corp 内部残留応力推定方法およびシステム
JP5602655B2 (ja) * 2011-02-02 2014-10-08 株式会社原子力安全システム研究所 亀裂サイズ推定方法
JP2013096862A (ja) * 2011-11-01 2013-05-20 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd き裂進展挙動予測方法
US9513200B1 (en) * 2015-11-04 2016-12-06 Rolls-Royce Corporation Determination of a threshold crack length
US10671768B2 (en) * 2016-07-01 2020-06-02 The Boeing Company Finite element modeling and analysis of crack propagation in multiple planes of a structure

Also Published As

Publication number Publication date
US20230003626A1 (en) 2023-01-05
JP6789452B1 (ja) 2020-11-25
JPWO2021149170A1 (zh) 2021-07-29
DE112020006580T5 (de) 2022-11-17
WO2021149170A1 (ja) 2021-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7158609B2 (ja) 亀裂推定装置と故障診断装置および亀裂推定方法と回転電機の故障診断方法
KR101677015B1 (ko) Ｅｉｆｓ 불확실성을 고려하여 초음파 검사 데이터를 사용한 확률적 피로 수명 예측
KR102069032B1 (ko) 확률론적 피로 균열 수명 추정을 위한 방법 및 시스템
US6874370B1 (en) Finite element analysis fatigue gage
KR101711606B1 (ko) 유사도 기반 해양 구조물 손상 추정 방법
US11788926B2 (en) Method for monitoring axial loads in structures by identifying natural frequencies
JP4533621B2 (ja) 残留応力測定方法及び装置
CN115004003A (zh) 裂缝的推测装置、裂缝的推测方法、裂缝的检查方法以及故障诊断方法
Uwayed et al. Improved vibration based damage detection in laminated composite plate structures under free and forced modal analysis
Christian et al. Real-time quantification of damage in structural materials during mechanical testing
WO2008129561A2 (en) Real-time system and method for designing structures
Pillai et al. Monitoring Structural Health Using Digital Twin
US11428612B2 (en) Estimation device and estimation method
US20230251170A1 (en) Crack estimation device and crack estimation method
Henriques et al. Uncertainty analysis of structural systems by perturbation techniques
Hermansson et al. Identification of material parameters of complex cables from scanned 3D shapes
Hack et al. Progress in developing a standard for dynamic strain analysis
WO2024209610A1 (ja) 変形推定装置、変形推定システム、および変形推定方法
JP3612293B2 (ja) 物体内部の残留応力測定方法およびその測定装置
Ameyaw et al. Fault diagnosis using Probability of Detection (POD)‐based sensor/information fusion for vibration‐based analysis of elastic structures
JP7274077B1 (ja) 情報処理装置、情報処理方法及びプログラム
WO2023152793A1 (ja) 亀裂検査装置、亀裂検査システム、および亀裂検査方法
Altammar et al. Use of Frequency Response for Damage Detection: An Optimization Approach
Bergbom Finite Element Model Calibration with Digital Image Correlation
JP2024045955A (ja) 限界荷重評価方法および限界荷重評価装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination