CN116087096A - 焊接结构健康监测方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

焊接结构健康监测方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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CN116087096A CN202310059384.3A CN202310059384A CN116087096A CN 116087096 A CN116087096 A CN 116087096A CN 202310059384 A CN202310059384 A CN 202310059384A CN 116087096 A CN116087096 A CN 116087096A
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Abstract

本公开涉及计算机技术领域，具体提供一种焊接结构健康监测方法、装置、电子设备及存储介质，焊接结构健康监测方法包括：获取焊接结构表面的应力场，获取焊接结构表面的形状数据，获取焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据，根据理论表面应力与焊接结构表面的形状数据、焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据计算得到理论内部应力，根据理论表面应力与理论内部应力计算传递矩阵，根据传递矩阵与焊接结构表面的应力场计算焊接结构内部的应力场，根据焊接结构内部的应力场计算焊接结构的剩余使用寿命。本公开解决了无法准确评估焊接结构剩余使用寿命的问题。

Description

焊接结构健康监测方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本公开涉及计算机领域，具体而言，涉及一种焊接结构健康监测方法、焊接结构健康监测装置、电子设备及存储介质。
背景技术
近年来，随着工程领域的各项技术的升级换代，各种机械设备向着承重方向发展，这对机械设备的质量提出更高的要求。焊接结构作为机械设备的主要结构形式，常用在重要的受力部件上，焊接也成为在生产各类机械设备时重要工序，焊接质量尤其是焊接结构的健康状态也会直接影响各类机械设备的寿命和运行安全。
相关技术中，通过传感器对机械设备焊接结构进行了应力测量并进一步评估焊接结构的健康状态，然而在实际应用中，焊接结构内部由于结构条件限制无法进行准确的应力测量，进而对焊接结构内部的健康状态评估的准确性也会下降。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种焊接结构健康监测方法、焊接结构健康监测装置、电子设备及存储介质，可以结合焊接结构自身的结构特点对焊接结构进行健康评估，可以提高健康评估的准确性。
根据本公开的一个方面，提供一种焊接结构健康监测方法，包括：(获取焊接结构表面的应力场；其中，焊接结构表面的应力场用于指示焊接结构表面的应力分布，应力为焊接结构受外因影响发生形变时各部分产生的相互作用；获取焊接结构表面的形状数据，获取焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据；其中，缺陷为焊接结构内部含有焊接缺陷的部分；根据理论表面应力与焊接结构表面的形状数据、焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据计算得到理论内部应力；其中，理论表面应力在测试环境下对焊接结构表面施加的测试应力；根据理论表面应力与理论内部应力计算传递矩阵；其中，传递矩阵用于指示焊接结构表面应力与焊接结构内部应力的传递关系；根据传递矩阵与焊接结构表面的应力场计算焊接结构内部的应力场；其中，焊接结构内部的应力场用于指示焊接结构内部的应力分布；根据焊接结构内部的应力场计算焊接结构的剩余使用寿命；其中，剩余使用寿命用于指示焊接结构从当前时刻到故障时刻的时长。
在本公开的一个示例性实施例中，获取焊接结构表面的形状数据、焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据，包括：获取焊接结构表面的应变数据；其中，应变数据为离散数据；将应变数据的数据格式由离散数据转换为连续数据；根据速度数据对模拟数据进行数据清洗得到应力场；其中，速度数据为焊接结构所在的工件在运行时的速度数据。
在本公开的一个示例性实施例中，通过传感器获取焊接结构表面的应力场，包括：在焊接结构内部确定一个目标测量区域；其中，目标测量区域为焊接结构内部受应力影响最大的区域，目标测量区域中包含多个位置；获取并记录样本试块的样本形状数据；获取目标测量区域中多个位置的候选形状数据；其中，候选形状数据用于指示焊接结构内部所有位置的形状；在候选形状数据中根据样本形状数据确定目标测量区域缺陷位置的形状数据。
在本公开的一个示例性实施例中，根据焊接结构内部的应力场计算焊接结构的剩余使用寿命，包括：计算目标测量区域的应力谱；其中，目标测量区域为焊接结构内部受应力影响最大的区域，应力谱用于指示应力随时间变化的过程；根据疲劳曲线与应力谱获取焊接结构的剩余使用寿命；其中，疲劳曲线用于指示应力与寿命的映射关系。
在本公开的一个示例性实施例中，根据疲劳曲线与应力谱获取焊接结构的剩余使用寿命，包括：获取应力谱的参数；其中，参数包括应力幅值、应力均值、循环次数、材料抗拉强度、循环载荷比；根据应力幅值、应力均值、材料抗拉强度、循环载荷比计算等效幅值；根据疲劳曲线与等效幅值与循环次数计算剩余使用寿命。
在本公开的一个示例性实施例中，根据疲劳曲线与应力谱获取焊接结构的剩余使用寿命，包括：根据疲劳曲线与应力谱计算焊接结构的损耗寿命；其中，损耗寿命用于指示焊接结构从首次运行时刻到当前时刻的时长；根据损耗寿命与焊接结构的总寿命计算剩余使用寿命；其中，焊接结构的总寿命用于指示焊接结构从首次运行时刻到故障时刻的总时长。
在本公开的一个示例性实施例中，方法还包括：在故障库中获取剩余使用寿命与故障概率的对应关系；其中，故障库为存储故障相关信息的数据库；根据对应关系与剩余使用寿命获取焊接结构的故障概率；根据故障概率在故障库中获取故障解决方案。
根据本公开的一个方面，提供一种焊接结构健康监测装置，包括表面应力场获取模块，用于获取焊接结构表面的应力场；其中，焊接结构表面的应力场用于指示焊接结构表面的应力分布，应力为焊接结构受外因影响发生形变时各部分产生的相互作用；扫描模块，用于获取焊接结构表面的形状数据，获取焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据；其中，缺陷为焊接结构内部含有焊接缺陷的部分；测试应力计算模块，用于根据理论表面应力与焊接结构表面的形状数据、焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据计算得到理论内部应力；其中，理论表面应力在测试环境下对焊接结构表面施加的测试应力；传递矩阵计算模块，用于根据理论表面应力与理论内部应力计算传递矩阵；其中，传递矩阵用于指示焊接结构表面应力与焊接结构内部应力的传递关系；内部应力场计算模块，用于根据传递矩阵与焊接结构表面的应力场计算焊接结构内部的应力场；其中，焊接结构内部的应力场用于指示焊接结构内部的应力分布；剩余使用寿命模块，用于根据焊接结构内部的应力场计算焊接结构的剩余使用寿命；其中，剩余使用寿命用于指示焊接结构从当前时刻到故障时刻的时长。
根据本公开的一个方面，提供一种电子设备，包括：
处理器；以及存储器，用于存储处理器的可执行指令；其中，处理器配置为经由执行可执行指令来在执行以上任意一项实施例的焊接结构健康监测方法。
根据本公开的一个方面，提供一种计算机可读存储介质，当存储介质中的指令有电子设备处理器执行时，使得电子设备能够执行以上任意一项实施例的焊接结构健康监测方法。
本公开示例性实施例可以具有以下部分或全部有益效果：
在本公开示例实施方式所提供的焊接结构健康监测方法中，获取焊接结构表面的应力场，获取焊接结构表面的形状数据，获取焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据，根据理论表面应力与焊接结构表面的形状数据、焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据计算得到理论内部应力，根据理论表面应力与理论内部应力计算传递矩阵，根据传递矩阵与焊接结构表面的应力场计算焊接结构内部的应力场，根据焊接结构内部的应力场计算焊接结构的剩余使用寿命。一方面，将焊接结构表面与内部的形状数据应用于应力测量，结合了焊接结构自身的结构特点，提高应力测量的准确性；另一方面，通过计算焊接结构表面应力与焊接结构内部应力之间的传递矩阵，准确计算出焊接结构内部的应力分布的状况，计算出焊接结构内部的应力分布，进一步提高焊接结构健康状态评估的准确性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示意性示出了根据本公开一个实施例中焊接结构健康监测方法的系统架构的示意图。
图2示意性示出了根据本公开一个实施例中焊接结构健康监测方法的流程图。
图3示意性示出了根据本公开一个实施例中获取焊接结构表面应力场的流程图。
图4示意性示出了根据本公开一个实施例中获取缺陷位置的形状数据的流程图。
图5示意性示出了根据本公开一个实施例中根据疲劳曲线与应力谱获取焊接结构的剩余使用寿命的流程图。
图6示意性示出了根据本公开一个实施例中修正应力谱的流程图。
图7示意性示出了根据本公开一个实施例中计算剩余使用寿命的流程图。
图8示意性示出了根据本公开一个实施例中根据剩余使用寿命对焊接结构质量进行评估的流程图。
图9示意性示出了根据本公开一个实施例中机车线路运营中焊缝焊趾应变数据监测，从而推导形成焊接结构等效载荷谱流程图。
图10示意性示出了根据本公开一个实施例中相控阵超声探伤技术监测焊缝内部和表面缺陷存在位置及扩展情况流程图。
图11示意性示出了根据本公开一个实施例中建立焊接结构有限元仿真模型并预设焊缝缺陷类型和探伤监测到缺陷的位置及当量尺寸，计算分析确认焊缝剩余寿命和故障维修措施流程图。
图12示意性示出了根据本公开的一个实施例的焊接结构健康监测装置的框图。
图13示出了适于用来实现本公开实施例的电子设备的计算机系统的结构示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应该被理解为先于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面与完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对于本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域的技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略特定细节中的一个或更多，或者可以采用其他方法、组元、装置、步骤等。在其他情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、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，上述模块、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，在有些作为替换的实现中，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，两个接连地表示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，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操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。
描述于本公开实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。
图1示出了可以应用本公开实施例的一种焊接结构健康监测方法及装置的示例性应用环境的系统架构的示意图。
如图1所示，系统架构100可以包括终端设备101、102、103中的一个或多个，网络104和服务器105。网络104用以在终端设备101、102、103和服务器105之间提供通信链路的介质。网络104可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。终端设备101、102、103可以是具有显示屏的各种电子设备，包括但不限于台式计算机、便携式计算机、智能手机和平板电脑等等。应该理解，图1中的终端设备、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的终端设备、网络和服务器。比如服务器105可以是多个服务器组成的服务器集群等。
本公开实施例提供的焊接结构健康监测方法可以在服务器105执行，具体的，获取焊接结构表面的应力场，获取焊接结构表面的形状数据，获取焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据，根据理论表面应力与焊接结构表面的形状数据、焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据计算得到理论内部应力，根据理论表面应力与理论内部应力计算传递矩阵，根据传递矩阵与焊接结构表面的应力场计算焊接结构内部的应力场，根据焊接结构内部的应力场计算焊接结构的剩余使用寿命。本公开实施例所提供的焊接结构健康监测方法也可以由终端设备101、102、103执行，本公开实施例所提供的焊接结构健康监测方法还可以由终端设备101、102、103与服务器105共同执行，本示例性实施例中对此不做特殊限定。
近年来，随着工程领域的各项技术的升级换代，各种机械设备向着承重方向发展，这对机械设备的质量提出更高的要求。焊接结构作为机械设备的主要结构形式，常用在重要的受力部件上，焊接也成为在生产各类机械设备时重要工序，焊接质量尤其是焊接结构的健康状态也会直接影响各类机械设备的寿命和运行安全。相关技术中，通过传感器对机械设备焊接结构进行了应力测量并进一步评估焊接结构的健康状态，然而实际应用中为了满足机械设备的承载需求，需要结合焊接结构自身的结构特点与机械设备的服役情况评估焊接结构的健康状态，做出更精确的评估。
在本公开的一种示例实施例中提供了一种焊接结构健康监测方法，参考图2所示，该焊接结构健康监测方法可以包括以下步骤：
步骤S210，获取焊接结构表面的应力场；其中，焊接结构表面的应力场用于指示焊接结构表面的应力分布，应力为焊接结构受外因影响发生形变时各部分产生的相互作用；
步骤S220，获取焊接结构表面的形状数据，获取焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据；其中，缺陷为焊接结构内部含有焊接缺陷的部分；
步骤S230，根据理论表面应力与焊接结构表面的形状数据、焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据计算得到理论内部应力；其中，理论表面应力在测试环境下对焊接结构表面施加的测试应力；
步骤S240，根据理论表面应力与理论内部应力计算传递矩阵；其中，传递矩阵用于指示焊接结构表面应力与焊接结构内部应力的传递关系；
步骤S250，根据传递矩阵与焊接结构表面的应力场计算焊接结构内部的应力场；其中，焊接结构内部的应力场用于指示焊接结构内部的应力分布；
步骤S260，根据焊接结构内部的应力场计算焊接结构的剩余使用寿命；其中，剩余使用寿命用于指示焊接结构从当前时刻到故障时刻的时长。
下面，在对上述步骤进行更加详细的说明。
在本公开的一种示例实施例中，提供一种焊接结构健康监测方法，参考图2所示，焊接结构健康监测方法包括以下步骤S210～S260：
在步骤S210中，获取焊接结构表面的应力场。
在本公开的一种示例实施例中，获取焊接结构表面的应力场。其中，焊接结构表面的应力场用于指示焊接结构表面的应力分布，应力为焊接结构受外因影响发生形变时各部分产生的相互作用。举例而言，焊接结构可以是位于机车受力部件的焊缝，应力可以是机车在运行时，受力部件处焊缝在受到机车牵引力作用下发生形变时，各部分产生的相互作用。
具体而言，通过测量获取焊接结构表面的应变数据，再根据焊接结构表面的应变数据获取焊接结构表面的应力分布。
举例而言，焊接结构为位于机车受力部件的焊缝，在机车运行时，测量焊缝因受到机车牵引力作用下的应变数据，进一步根据应变数据与焊缝材料的弹性模量计算获取焊缝表面的应力分布。
在步骤S220中，获取焊接结构表面的形状数据，获取焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据。
在本公开的一种示例实施例中，获取焊接结构表面的形状数据，获取焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据。其中，焊接结构表面的形状数据用于指示焊接结构表面的构造，焊接结构内部的形状数据用于指示焊接结构表面的构造缺陷为焊接结构内部含有焊接缺陷的部分。举例而言，缺陷可以为裂纹、气孔、侧壁未熔合、间隙等。
举例而言，焊接结构为位于机车受力部件的焊缝，在机车未运行时，对焊缝表面进行扫描，获取焊缝表面的形状数据，对焊缝内部进行扫描，获取焊缝内部缺陷的位置与缺陷的形状数据，焊缝内部的缺陷可以是裂纹、气孔、侧壁未熔合、间隙中的一种或多种。
在本公开的一种示例实施例中，可以通过超声探伤设备获取焊缝表面形状数据，获取焊缝内部缺陷的位置以及形状数据，超声探伤设备获取缺陷的位置及形状数据的原理为，缺陷的存在会造成焊缝材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致，根据反射定理，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关，因此可以根据超声探头接收到的反射超声波在超声设备显示界面形成一个反射波形，用于指示缺陷的位置以及形状数据。
在步骤S230中，根据理论表面应力与焊接结构表面的形状数据、焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据计算得到理论内部应力。
在本公开的一种示例实施例中，根据理论表面应力与焊接结构表面的形状数据、焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据计算得到理论内部应力。其中，理论表面应力在测试环境下对焊接结构表面施加的测试应力。举例而言，理论表面测试应力可以是在测试环境中，在焊接结构表面施加的预设的测试应力，理论内部应力可以是在测试环境中，在受上述焊接结构表面施加的测试应力的影响下，焊接结构内部产生的应力。
具体而言，在测试环境中，在焊接结构表面施加测试应力，根据焊接结构表面的形状数据、焊接结构内部的缺陷的位置、焊接结构内部的缺陷的形状数据与上述测试应力，计算得到此时焊接结构内部受该测试应力影响产生的应力。
在本公开的一种示例性实施例中，焊接结构为位于机车受力部件的焊缝，在虚拟环境中根据根据焊接结构表面的形状数据、焊接结构内部的缺陷的位置、焊接结构内部的缺陷的形状数据构建焊缝仿真分析模型，在焊缝仿真分析模型的表面输入预设应力(理论表面测试应力)，通过仿真分析模型计算，获取在焊缝内部输出的应力(理论内部应力)。
在步骤S240中，根据理论表面应力与理论内部应力计算传递矩阵。其中，传递矩阵用于指示焊接结构表面应力与焊接结构内部应力的传递关系。
在本公开的一种示例实施例中，根据理论表面应力矩阵与理论内部应力矩阵计算传递矩阵。其中，理论表面应力矩阵是由焊接结构在的理论表面多个位置多个方向的应力组成的矩阵，理论内部应力矩阵是由焊接机构在理论内部多个位置多个方向的应力组成的矩阵。
举例而言，根据理论表面应力确定理论表面应力矩阵F，根据理论内部应力内部应力矩阵y，根据应力传递公式y＝K×F，可以得到传递矩阵K＝y×F-1，其中F-1是F的逆矩阵。
在步骤S250中，根据传递矩阵与焊接结构表面的应力场计算焊接结构内部的应力场。
在本公开的一种示例实施例中，根据传递矩阵与焊接结构表面的应力场计算焊接结构内部的应力场。其中，焊接结构内部的应力场用于指示焊接结构内部的应力分布。
具体而言，由于焊接结构表面的应力场与焊接结构内部的应力场满足传递矩阵所指示的传递关系，可以通过传递矩阵与测得的焊接结构表面的应力场计算得到焊接结构内部的应力场。
在本公开的一种示例实施例中，将焊接结构表面应力场代入公式F内＝K×F外计算焊接结构内部应力场，其中，F内为焊接结构内部应力场，F外为焊接结构表面应力场，K为传递矩阵。
在步骤S260中，根据焊接结构内部的应力场计算焊接结构的剩余使用寿命。
在本公开的一种示例实施例中，根据焊接结构内部的应力场计算焊接结构的剩余使用寿命。其中，剩余使用寿命用于指示焊接结构从当前时刻到故障时刻的时长。举例而言，焊接结构内部的应力与剩余使用寿命呈负相关的关系，焊接结构内部的应力越大，焊接结构的剩余使用寿命越少。
在本公开的一种示例实施例中，根据应力-寿命曲线与焊接结构内部的应力场计算焊接结构的剩余使用寿命。应力-寿命曲线是以疲劳强度(应力)为纵坐标，以寿命的对数值为横坐标，表示一定循环特征下标准试件的疲劳强度与寿命之间关系的曲线。
在本公开的一种示例实施例中，获取焊接结构表面的应变数据，将应变数据的数据格式由离散数据转换为连续数据，根据速度数据对模拟数据进行数据清洗得到应力场。具体的，参考图3所示，获取焊接结构表面应力场，可以包括以下步骤S310～S330：
在步骤S310中，获取焊接结构表面的应变数据。
在本公开的一种示例实施例中，获取焊接结构表面的应变数据。其中，应变数据为离散数据。具体的，在焊接结构表面通过传感器测量应变数据，此时测得的应变数据是离散数据。
举例而言，可以根据电阻应变片测量焊缝表面的应变数据，电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形的变化而发生变化。具体的，在焊缝表面设置电阻应变片，在机车运行时，电阻应变片的电阻丝随着焊缝表面一起变形，电阻丝的电阻值也随之改变，根据电阻值的变化即可获取焊缝表面在机车运行时的应变数据。
在步骤S320中，将应变数据的数据格式由离散数据转换为连续数据。
在本公开的一种示例实施例中，将应变数据的数据格式由离散数据转换为连续数据。其中，离散的数据可以通过曲线拟合方法转换为连续的数据。举例而言，曲线拟合方法可以是多项式拟合、高斯拟合、傅里叶拟合中的一种。
具体而言，通过曲线拟合方法确定离散应变数据之间的估计值，得到连续的应变数据。
举例而言，曲线拟合方法为多项式拟合法，通过多项式展开去拟合离散应变数据之间的估计值，得到连续的应变数据曲线。
在步骤S330中，根据速度数据对模拟数据进行数据清洗得到应力场。
在本公开的一种示例实施例中，根据速度数据对模拟数据进行数据清洗得到应力场。其中，速度数据为焊接结构所在的工件在运行时的速度数据。举例而言，焊接结构所在的工件可以是机车的受力部件，数据清洗可以包括调平衡、切片、去异常值、去除零点漂移和去除电信号干扰等步骤。
具体而言，根据速度数据确定应变数据的大致曲线，去除明显异常的数据对模拟数据进行修正，得到用于指示焊接结构表面应力分布的应力场。
举例而言，焊接结构为位于机车受力部件的焊缝，获取在机车运行时的速度数据，根据速度数据确定应变数据大致曲线，对连续应变数据中明显异常于速度数据对应的应变数据大致曲线的数据进行剔除，修正剔除异常数据后的连续应力数据，得到用于指示焊缝表面应力分布的应力场。
通过上述步骤S310～S330，获取焊接结构表面的应变数据，将应变数据的数据格式由离散数据转换为连续数据，根据速度数据对模拟数据进行数据清洗得到应力场。可以获得相对真实的应变数据，保证了后续计算的准确性。
在本公开的一种示例实施例中，在焊接结构内部确定一个目标测量区域，获取并记录样本试块的样本形状数据，获取目标测量区域中多个位置的候选形状数据，在候选形状数据中根据样本形状数据确定目标测量区域缺陷位置的形状数据。具体的，参考图4所示，获取缺陷位置的形状数据，可以包括以下步骤S410～S440：
在步骤S410中，在焊接结构内部确定目标测量区域。
在本公开的一种示例实施例中，在焊接结构内部确定目标测量区域。其中，目标测量区域为焊接结构内部受应力影响最大的区域，目标测量区域中包含多个位置，应力谱用于指示应力随时间变化的过程。
具体而言，根据焊接结构的材料属性确定焊接结构内部受应力影响最大的区域为目标测量区域。
在步骤S420中，获取并记录样本试块的样本形状数据。
在本公开的一种示例实施例中，获取并记录样本试块的样本形状数据。其中，样本试块为用于反映缺陷形状的试块。举例而言，样本试块可以为用于反映气孔、夹渣、根部未熔合等缺陷形状的试块。
在本公开的一种示例实施例中，可以通过超声探伤设备获取样本试块的样本形状数据，具体的，通过超声探伤设备对样本试块发送超声波，超声探头接收到的反射超声波在超声探伤设备显示界面形成一个用于指示样本试块形状的反射波形，记录并存储该反射波形。
在步骤S430中，获取目标测量区域中多个位置的候选形状数据。
在本公开的一种示例实施例中，获取目标测量区域中多个位置的候选形状数据。其中，候选形状数据用于指示焊接结构内部所有位置的形状。
在本公开的一种示例实施例中，可以通过超声探伤设备获取目标测量区域的候选形状数据，具体的，通过超声探伤设备对焊接结构内部的目标测量区域发送超声波，超声探头接收到的反射超声波在超声探伤设备显示界面形成一个用于指示目标测量区域形状的反射波形。
在步骤S440中，在候选形状数据中根据样本形状数据确定目标测量区域缺陷位置的形状数据。
在本公开的一种示例实施例中，在候选形状数据中根据样本形状数据确定目标测量区域缺陷位置的形状数据。
具体而言，将样本形状数据与候选形状数据进行比对，在候选形状数据中找出与样本形状数据相同的数据，确定该相同的数据对应的位置为缺陷位置，并根据样本形状数据的类型确定缺陷的类型。
举例而言，样本形状数据包括气孔形状数据、夹渣形状数据与根部未熔合的形状数据，将样本形状数据与用于指示焊接结构内部目标测量区域形状的选形状数据进行比对，若在候选形状数据中发现与气孔形状数据相同的数据，则确定该相同的数据对应的位置为缺陷位置，并确定该缺陷位置的缺陷类型为气孔。
通过上述步骤S410～S440，在焊接结构内部确定一个目标测量区域，获取并记录样本试块的样本形状数据，获取目标测量区域中多个位置的候选形状数据，在候选形状数据中根据样本形状数据确定目标测量区域缺陷位置的形状数据。能够准确反映出焊接结构内部与表面的结构细节。
在本公开的一种示例实施例中，计算目标测量区域的应力谱，根据疲劳曲线与应力谱获取焊接结构的剩余使用寿命。具体的，参考图5所示，根据疲劳曲线与应力谱获取焊接结构的剩余使用寿命，可以包括以下步骤S510～S520：
在步骤S510中，计算目标测量区域的应力谱。
在本公开的一种示例实施例中，计算目标测量区域的应力谱。其中，目标测量区域为目标测量区域为焊接结构内部受应力影响最大的区域，应力谱用于指示应力随时间变化的过程。
具体而言，在获取焊接结构内部的应力场后，记录焊接结构内部应力场随着时间的变化过程作为应力谱。
举例而言，可以采用雨流计数法对焊接结构内部的应力场进行记录，雨流计数法是将应力-时间曲线旋转90°，使得时间坐标轴竖直向下并记录应力随时间变化的计数方法。通过雨流计数法将应力随时间变化的过程分为若干个循环，记录循环次数与应力变化的过程。
在步骤S520中，根据疲劳曲线与应力谱获取焊接结构的剩余使用寿命。
在本公开的一种示例实施例中，根据疲劳曲线与应力谱获取焊接结构的剩余使用寿命。其中，疲劳曲线用于指示应力与损耗寿命的映射关系。举例而言，疲劳曲线可以是疲劳-寿命曲线。
具体而言，根据疲劳曲线计算出应力谱对应的损耗寿命，疲劳曲线用于指示应力与损耗寿命的对应关系，损耗寿命用于指示焊接结构从首次运行时刻到当前时刻的时长，根据应力谱中的应力可以确定应力对应的损耗寿命，进一步计算出剩余使用寿命。
通过上述步骤S510～S520，计算目标测量区域的应力谱，根据疲劳曲线与应力谱获取焊接结构的剩余使用寿命。剩余使用寿命可以准确评估焊接结构进行的质量。
在本公开的一种示例实施例中，获取应力谱的参数，根据应力幅值、应力均值、材料抗拉强度、循环载荷比计算等效幅值，根据等效幅值与循环次数计算剩余使用寿命。具体的，参考图6所示，修正应力谱，可以包括以下步骤S610～S630：
在步骤S610中，获取应力谱的参数。
在本公开的一种示例实施例中，获取应力谱的参数。其中，参数包括应力幅值、应力均值、循环次数、材料抗拉强度、循环载荷比。
在步骤S620中，根据应力幅值、应力均值、材料抗拉强度、循环载荷比计算等效幅值。
在本公开的一种示例实施例中，根据应力幅值、应力均值、材料抗拉强度、循环载荷比计算等效幅值。其中，等效幅值为应力幅值结合应力均值、材料抗拉强度、循环载荷比后计算得到的幅值，等效幅值与应力幅值单位相同。
在步骤S630中，根据等效幅值与循环次数计算剩余使用寿命。
在本公开的一种示例实施例中，根据等效幅值与循环次数计算剩余使用寿命。具体而言，将等效幅值代入疲劳曲线计算得到焊接结构的剩余使用寿命。
举例而言，根据应力谱获取应力幅值参数、应力均值参数、循环次数参数、材料抗拉强度参数、循环载荷比参数，采用古德曼修正公式对应力均值参数进行修正，公式如下，其中Se为修正后的应力幅值即等效应力幅值、Sai为应力幅值、Smi为应力均值、σb为材料抗拉强度，R为循环载荷比，在应力循环方式为对称循环时R＝－1。
Figure BDA0004060994450000141
将修正后的等效应力幅值Se与循环次数代入疲劳-寿命曲线，计算焊接结构的剩余使用寿命。
通过上述步骤S610～S630，获取应力谱的参数，根据应力幅值、应力均值、材料抗拉强度、循环载荷比计算等效幅值，根据等效幅值与循环次数计算剩余使用寿命。考虑到了应力均值参数与循环载荷比参数对剩余使用寿命的影响，在计算剩余使用寿命的过程中根据应力均值参数与循环载荷比参数对应力幅值参数进行了修正，减少了计算误差。
在本公开的一种示例实施例中，根据疲劳曲线与应力谱计算焊接结构的损耗寿命，根据损耗寿命与焊接结构的总寿命计算剩余使用寿命。具体的，参考图7所示，计算剩余使用寿命，可以包括以下步骤S710～S720：
在步骤S710中，根据疲劳曲线与应力谱计算焊接结构的损耗寿命。其中，损耗寿命用于指示焊接结构从首次运行时刻到当前时刻的时长。
在步骤S720中，根据损耗寿命与焊接结构的总寿命计算剩余使用寿命。
在本公开的一种示例实施例中，根据损耗寿命与焊接结构的总寿命计算剩余使用寿命。其中，焊接结构的总寿命用于指示焊接结构从首次运行时刻到故障时刻的总时长。
具体而言，将焊接结构的总寿命减去焊接结构的损耗寿命，得到焊接结构的剩余使用寿命。
举例而言，焊接结构为位于机车受力部件的焊缝，根据应力谱计算出焊缝的损耗寿命之后，结合机车运营公里数(总寿命)，计算得出焊缝的剩余使用寿命。
通过上述步骤S710～S720，根据疲劳曲线与应力谱计算焊接结构的损耗寿命，根据损耗寿命与焊接结构的总寿命计算剩余使用寿命。
在本公开的一种示例实施例中，在故障库中获取剩余使用寿命与故障概率的对应关系，根据对应关系与剩余使用寿命获取焊接结构的故障概率，根据故障概率在故障库中获取故障解决方案。具体的，参考图8所示，根据剩余使用寿命对焊接结构质量进行评估，可以包括以下步骤S810～S830：
在步骤S810中，在故障库中获取剩余使用寿命与故障概率的对应关系。
在本公开的一种示例实施例中，在故障库中获取剩余使用寿命与故障概率的对应关系。其中，故障库为存储故障相关信息的数据库。
举例而言，焊接结构为位于机车受力部件的焊缝，在故障库中获取焊缝故障概率与焊缝剩余使用寿命的映射表(剩余使用寿命与故障概率的对应关系)。
在步骤S820中，根据对应关系与剩余使用寿命获取焊接结构的故障概率。
在本公开的一种示例实施例中，根据对应关系与剩余使用寿命获取焊接结构的故障概率。其中，故障库为存储故障相关信息的数据库。举例而言，对应关系可以是剩余使用寿命与故障概率的映射表。
举例而言，焊接结构为位于机车受力部件的焊缝，对应关系为焊缝故障概率与焊缝剩余使用寿命的映射表，根据映射表与焊缝的剩余使用寿命获取焊缝的故障概率。
在步骤S830中，根据故障概率在故障库中获取故障解决方案。
在本公开的一种示例实施例中，根据故障概率在故障库中获取故障解决方案。其中，故障解决方案是故障库中现有的焊接结构故障处理建议。举例而言，故障解决方案可以包括何时修复、如何修复、若不修复焊接结构还可以运行多长时间等信息。
举例而言，焊接结构为位于机车受力部件的焊缝，在获取哈发你故障概率为10％时，在故障库中提取与焊缝故障概率为10％相关的故障解决方案与建议：立即停止机车运营，并对焊缝进行人工修复。
通过上述步骤S810～S830，在故障库中获取剩余使用寿命与故障概率的对应关系，根据对应关系与剩余使用寿命获取焊接结构的故障概率，根据故障概率在故障库中获取故障解决方案。结合既有故障数据分析故障概率，给出故障维修措施意见，从而实现根据机车车辆的自身特点和实际服役状况，对承载焊接结构的可靠性进行评估。
在本公开的一种示例实施例中，监测机车受力部件焊缝的应变数据，推导计算焊缝的等效载荷谱，具体的，参考图9所示。
在步骤S910中，识别关键焊缝监测点。具体的，根据焊缝的应力等级与安全等级识别关键焊缝监测点(目标测量区域)，其中，应力等级用于指示应力的相对大小标准，安全等级用于指示应力的安全标准。
在步骤S920中，安装电阻应变片和测试设备、接线。具体的，在焊缝表面安装电阻应变片以及相应的测试设备并布置线缆，加固电阻应变片，以防电阻应变片在机车运行时脱落。
在步骤S930中，监测参数初始设置。具体的，设置参数包括焊缝熔敷金属的弹性模量、泊松比，应变片的灵敏系数和电阻值等。
在步骤S940中，对应变监测系统进行标定。具体的，对由电阻应变片和对应测试设备组成的监测系统进行精度监测并校准，减少或排除系统误差和干扰因素，提高精确度。
在步骤S950中，实时连续数据采集。具体的，在机车运行时，利用监测硬件设备和软件编程将实时收集到的应变数据的数据格式由离散数据转化为连续数据。
在步骤S960中，数据处理。具体的，结合列车的速度信号(焊接结构所在的工件在运行时的速度数据)完成对实测信号的调平衡、切片、去异常值、去除零点漂移和去除电信号干扰等相关处理(对应变数据进行数据清洗)，获得的应变数据，并以文件形式进行存储。
在步骤S970中，图像图表表示。将应变数据测量与分析结果用图形图表来显示，更直观显示出在机车运行时应变数据的变化。
在本公开的一种示例实施例中，相控阵超声探伤技术监测焊缝内部和表面缺陷存在位置及扩展情况，具体的，参考图10所示。
在步骤S1010中，试块的缺陷检测及验证。具体的，设计焊接类型缺陷如气孔、夹渣、根部未熔合的试块(样本试块)，采用相控阵超声检测技术和DR、X光拍片技术对所有试块的缺陷进行了检测及验证(获取样本试块的形状数据)。
在步骤S1020中，安装相控阵阵探头和防护装置。具体的，在机车焊缝中应力等级和安全等级较高的焊缝区域(目标测量区域)安装相控阵阵探头和防护装置，并进行相控阵超声探伤(获取焊接结构表面的形状数据，获取焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据)。
在步骤S1030中，相控参数设计计算机软件开发。具体的，相控参数包括基本参数设置、运行参数设置，基本参数设置包括焊接坡口形式的设置、标准试块输入、横向检测设置等；运行参数设置包括一般工程参数设置、楔块设置楔块形状、楔块位置、距焊缝中心线位置、晶阵扫查频率、检测灵敏度、扫查起点、扫查终点、扫查速度、存储设置等。
在本公开的一种示例实施例中，建立焊接结构有限元仿真模型并预设焊缝缺陷类型和探伤监测到缺陷的位置及当量尺寸，计算分析确认焊缝剩余寿命和故障维修措施，具体的，参考图11所示。
在步骤S1110中，在虚拟环境中建立焊缝仿真分析模型，确定细化尺寸。具体的，构建焊缝仿真分析模型，并确定网格细化尺寸，网格细化尺寸用于指示虚拟环境中建模的精度。
在步骤S1120中，在虚拟环境中建立典型焊缝缺陷模型。具体的，典型焊缝缺陷模型包括裂纹、气孔、侧壁未熔合、间隙等，设定缺陷参数，如缺陷形状尺寸，缺陷位置。
在步骤S1130中，建立焊接结构边界条件。具体的，在焊缝仿真分析模型上，计算载荷(理论表面测试应力)与应变(理论内部应力)的传递矩阵，计算焊缝仿真分析模型加载处(焊接结构表面)载荷(理论表面测试应力)与实测位置(焊接结构内部)应变的传递关系，结合实测应变数据(焊接结构表面的应力分布)与传递关系推算加载处(焊接结构内部)的载荷数据(焊接结构内部的应力分布)，用于对焊缝进行焊缝疲劳寿命估算(根据焊接结构内部的应力场计算焊接结构的剩余使用寿命)。
在焊缝模型表面的三个位置(位置编号为1，2，3)分别施加三个方向(方向编号X，Y，Z)的载荷，获取此时在焊缝模型内部4个位置(位置编号为a，b，c，d)输出的应变数据(理论内部应力)，通过公式K＝y×F-1计算传递矩阵，其中，y为输出的应变数据(理论内部应力)对应的矩阵，F为输入的载荷(理论表面测试应力)对应的矩阵，K为传递矩阵。
Figure BDA0004060994450000181
在步骤S1140中，计算节点应力谱。根据S1130中计算的传递矩阵K与电阻应变片测得的应变数据，计算得到节点(焊缝内部)的应力谱(焊缝内部的应力分布)。
在步骤S1150中，雨流计数法计数。采用雨流计数法将对随机应力谱进行计数，得到由应力均值-应力幅值-循环次数共同构成的应力谱(记录应力随着时间变化的过程)。
在步骤S1160中，古德曼修正应力均值。具体的，根据应力谱获取应力幅值参数、应力均值参数、循环次数参数、材料抗拉强度参数、循环载荷比参数，采用古德曼修正公式对应力均值参数进行修正，公式如下，其中，Se为修正后的应力幅值即等效应力幅值、Sai为应力幅值、Smi为应力均值、σb为材料抗拉强度，R为循环载荷比，在应力循环方式为对称循环时R＝－1。
Figure BDA0004060994450000191
在步骤S1170中，节点累计损伤计算。具体的，对于S1160修正后的等效应力谱，根据S-N曲线(疲劳曲线)计算出等效应力幅对应的疲劳寿命(损耗寿命)，结合机车运营公里数确定焊接结构的总寿命，推算出焊缝剩余使用寿命。
在步骤S1180中，绘制焊缝累计损伤分布图。具体的，待完成焊缝每一节点的累计损伤计算(焊接结构各位置的剩余使用寿命计算)后，绘制累计损伤关于节点分布的折线图(焊接结构各位置剩余使用寿命的折线分布图)，由于节点序号与其所在焊缝的几何位置一一对应，因此可以得出焊缝的危险点位置。
在步骤S1190中，仿真计算各类型焊缝缺陷模型。具体的，结合各焊缝缺陷的位置以及形状数据，仿真计算焊缝各缺陷位置的剩余使用寿命。
在步骤S11100中，承载焊接结构的可靠性评估。具体的，根据故障库获取焊接结构剩余使用寿命对应的焊接结构的故障概率，并根据焊接结构的故障概率在故障库中获取故障解决方案。
在本公开示例实施方式所提供的焊接结构健康监测方法中，获取焊接结构表面的应力场，获取焊接结构表面的形状数据，获取焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据，根据理论表面应力与焊接结构表面的形状数据、焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据计算得到理论内部应力，根据理论表面应力与理论内部应力计算传递矩阵，根据传递矩阵与焊接结构表面的应力场计算焊接结构内部的应力场，根据焊接结构内部的应力场计算焊接结构的剩余使用寿命。一方面，将焊接结构表面与内部的形状数据应用于应力测量，结合了焊接结构自身的结构特点，提高应力测量的准确性；另一方面，通过计算焊接结构表面应力与焊接结构内部应力之间的传递矩阵，准确计算出焊接结构内部的应力分布的状况，计算出焊接结构内部的应力分布，进一步提高焊接结构健康状态评估的准确性。
图12是根据一示例性实施例示出的一种焊接结构健康监测装置框图。参照图12，该焊接结构健康监测装置1200包括表面应力场获取模块1210，扫描模块1220，测试应力计算模块1230，传递矩阵计算模块1240，内部应力场计算模块1250，剩余使用寿命模块1260。其中：
表面应力场获取模块1210用于获取焊接结构表面的应力场；其中，焊接结构表面的应力场用于指示焊接结构表面的应力分布，应力为焊接结构受外因影响发生形变时各部分产生的相互作用；扫描模块1220用于获取焊接结构表面的形状数据，获取焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据；其中，缺陷为焊接结构内部含有焊接缺陷的部分；测试应力计算模块1230用于根据理论表面应力与焊接结构表面的形状数据、焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据计算得到理论内部应力；其中，理论表面应力在测试环境下对焊接结构表面施加的测试应力；传递矩阵计算模块1240用于根据理论表面应力与理论内部应力计算传递矩阵；其中，传递矩阵用于指示焊接结构表面应力与焊接结构内部应力的传递关系；内部应力场计算模块1250用于根据传递矩阵与焊接结构表面的应力场计算焊接结构内部的应力场；其中，焊接结构内部的应力场用于指示焊接结构内部的应力分布；剩余使用寿命模块1260用于根据焊接结构内部的应力场计算焊接结构的剩余使用寿命；其中，剩余使用寿命用于指示焊接结构从当前时刻到故障时刻的时长。
在本公开的一种示例性实施例中，基于前述方案，通过传感器获取焊接结构表面的应力场，装置还包括：应力测量单元，用于获取焊接结构表面的应变数据；其中，应变数据为离散数据；数据转换单元，用于将应变数据的数据格式由离散数据转换为连续数据；数据清洗单元，用于根据速度数据对模拟数据进行数据清洗得到应力场；其中，速度数据为焊接结构所在的工件在运行时的速度数据。
在本公开的一种示例性实施例中，基于前述方案，获取焊接结构表面的形状数据、焊接结构内部的缺陷的位置与焊接结构内部的缺陷的形状数据，装置还包括：目标测量区域确定单元，用于在焊接结构内部确定一个目标测量区域；其中，目标测量区域为焊接结构内部受应力影响最大的区域，目标测量区域中包含多个位置；第一形状数据获取单元，用于获取并记录样本试块的样本形状数据；第二形状数据获取单元，用于获取目标测量区域中多个位置的候选形状数据；其中，候选形状数据用于指示焊接结构内部所有位置的形状；缺陷形状数据确定单元，用于在候选形状数据中根据样本形状数据确定目标测量区域缺陷位置的形状数据。
在本公开的一种示例性实施例中，基于前述方案，根据焊接结构内部的应力场计算焊接结构的剩余使用寿命，装置还包括：应力谱计算单元，用于计算目标测量区域的应力谱；其中，目标测量区域为焊接结构内部受应力影响最大的区域，应力谱用于指示应力随时间变化的过程；剩余使用寿命获取单元，用于根据疲劳曲线与应力谱获取焊接结构的剩余使用寿命；其中，疲劳曲线用于指示应力与寿命的映射关系。
在本公开的一种示例性实施例中，基于前述方案，根据疲劳曲线与应力谱获取焊接结构的剩余使用寿命，装置还包括：参数获取单元，用于获取应力谱的参数；其中，参数包括应力幅值、应力均值、循环次数、材料抗拉强度、循环载荷比；等效幅值计算单元，用于根据应力幅值、应力均值、材料抗拉强度、循环载荷比计算等效幅值；剩余使用寿命计算第一单元，用于疲劳曲线与根据等效幅值与循环次数计算剩余使用寿命。
在本公开的一种示例性实施例中，基于前述方案，根据疲劳曲线与应力谱获取焊接结构的剩余使用寿命，装置还包括：损耗寿命计算单元，用于根据疲劳曲线与应力谱计算焊接结构的损耗寿命；其中，损耗寿命用于指示焊接结构从首次运行时刻到当前时刻的时长；剩余使用寿命计算第二单元，用于根据损耗寿命与焊接结构的总寿命计算剩余使用寿命；其中，焊接结构的总寿命用于指示焊接结构从首次运行时刻到故障时刻的总时长。
在本公开的一种示例性实施例中，基于前述方案，装置还包括：对应关系获取单元，用于在故障库中获取剩余使用寿命与故障概率的对应关系；其中，故障库为存储故障相关信息的数据库；故障概率获取单元，用于根据对应关系与剩余使用寿命获取焊接结构的故障概率；解决方案获取单元，用于根据故障概率在故障库中获取故障解决方案。
由于本公开的示例实施例的焊接结构健康监测装置的各个功能模块与上述焊接结构健康监测方法的示例实施例的步骤对应，因此对于本公开装置实施例中未披露的细节，请参照本公开上述的焊接结构健康监测方法的实施例。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
图13示出了适于用来实现本公开实施例的电子设备的计算机系统的结构示意图。
需要说明的是，图13示出的电子设备的计算机系统1300仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图13所示，计算机系统1300包括中央处理单元(CPU)1301，其可以根据存储在只读存储器(ROM)1302中的程序或者从存储部分1308加载到随机访问存储器(RAM)1303中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM1303中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。CPU1301、ROM1302以及RAM1303通过总线1304彼此相连。I/O接口1305也连接至总线1304。
以下部件连接至I/O接口1305：包括键盘、鼠标等的输入部分1306；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分1307；包括硬盘等的存储部分1308；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分1309。通信部分1309经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器1310也根据需要连接至I/O接口1305。可拆卸介质1311，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器1310上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分1308。
特别地，根据本公开的实施例，下文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分1309从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质1311被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)1301执行时，执行本申请的方法和装置中限定的各种功能。
在本公开的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施方式中，本公开的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其中包括程序代码，当程序产品在终端上运行时，程序代码用于使终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种示例性实施方式和步骤。
根据本公开的实施方式的用于实现上述方法的程序产品，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本公开的程序产品不限于此，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有型介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
程序产品可以采用一个或多个可读介质任一组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上组合。可读存储介质的更具体例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件或者上述的任意合适组合。
计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波的一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以此采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述任意的合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
可读介质包含的程序代码可以用于任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等待，或者上述任意合适的组合。
此外，上述附图仅是根据本公开示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，很容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变形、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或者惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

Claims (10)

1.一种焊接结构健康监测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取焊接结构表面的应力场；其中，所述焊接结构表面的应力场用于指示焊接结构表面的应力分布，所述应力为所述焊接结构受外因影响发生形变时各部分产生的相互作用；
获取所述焊接结构表面的形状数据，获取所述焊接结构内部的缺陷的位置与所述焊接结构内部的缺陷的形状数据；其中，所述缺陷为焊接结构内部含有焊接缺陷的部分；
根据理论表面应力与所述焊接结构表面的形状数据、所述焊接结构内部的缺陷的位置与所述焊接结构内部的缺陷的形状数据计算得到理论内部应力；其中，所述理论表面应力在测试环境下对焊接结构表面施加的测试应力；
根据所述理论表面应力与所述理论内部应力计算传递矩阵；其中，所述传递矩阵用于指示所述焊接结构表面应力与所述焊接结构内部应力的传递关系；
根据所述传递矩阵与所述焊接结构表面的应力场计算所述焊接结构内部的应力场；其中，所述焊接结构内部的应力场用于指示焊接结构内部的应力分布；
根据所述焊接结构内部的应力场计算所述焊接结构的剩余使用寿命；其中，所述剩余使用寿命用于指示所述焊接结构从当前时刻到故障时刻的时长。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过传感器获取焊接结构表面的应力场，包括：
获取所述焊接结构表面的应变数据；其中，所述应变数据为离散数据；
将所述应变数据的数据格式由离散数据转换为连续数据；
根据所述速度数据对所述模拟数据进行数据清洗得到应力场；其中，所述速度数据为所述焊接结构所在的工件在运行时的速度数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述焊接结构表面的形状数据、所述焊接结构内部的缺陷的位置与所述焊接结构内部的缺陷的形状数据，包括：
在所述焊接结构内部确定目标测量区域；其中，所述目标测量区域为所述焊接结构内部受应力影响最大的区域，所述目标测量区域中包含多个位置；
获取并记录样本试块的样本形状数据；
获取所述目标测量区域中多个位置的候选形状数据；
在候选形状数据中根据所述样本形状数据确定所述目标测量区域缺陷位置的形状数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述焊接结构内部的应力场计算所述焊接结构的剩余使用寿命，包括：
计算目标测量区域的应力谱；其中，所述目标测量区域为所述目标测量区域为所述焊接结构内部受应力影响最大的区域，所述应力谱用于指示应力随时间变化的过程；
根据疲劳曲线与所述应力谱获取所述焊接结构的剩余使用寿命；其中，所述疲劳曲线用于指示应力与寿命的映射关系。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据疲劳曲线与所述应力谱获取所述焊接结构的剩余使用寿命，包括：
获取所述应力谱的参数；其中，所述参数包括应力幅值、应力均值、循环次数、材料抗拉强度、循环载荷比；
根据所述应力幅值、所述应力均值、所述材料抗拉强度、所述循环载荷比计算等效幅值；
根据所述疲劳曲线与所述等效幅值与所述循环次数计算所述剩余使用寿命。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据疲劳曲线与所述应力谱获取所述焊接结构的剩余使用寿命，包括：
根据疲劳曲线与所述应力谱计算所述焊接结构的损耗寿命；其中，所述损耗寿命用于指示所述焊接结构从首次运行时刻到当前时刻的时长；
根据所述损耗寿命与焊接结构的总寿命计算剩余使用寿命；其中，所述焊接结构的总寿命用于指示所述焊接结构从首次运行时刻到故障时刻的总时长。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在故障库中获取剩余使用寿命与故障概率的对应关系；其中，所述故障库为存储故障相关信息的数据库；
根据所述对应关系与所述剩余使用寿命获取焊接结构的故障概率；
根据所述故障概率在所述故障库中获取故障解决方案。
8.一种焊接结构健康监测装置，其特征在于，包括：
表面应力场获取模块，用于获取焊接结构表面的应力场；其中，所述焊接结构表面的应力场用于指示焊接结构表面的应力分布，所述应力为所述焊接结构受外因影响发生形变时各部分产生的相互作用；
扫描模块，用于获取所述焊接结构表面的形状数据，获取所述焊接结构内部的缺陷的位置与所述焊接结构内部的缺陷的形状数据；其中，所述缺陷为焊接结构内部含有焊接缺陷的部分；
测试应力计算模块，用于根据理论表面应力与所述焊接结构表面的形状数据、所述焊接结构内部的缺陷的位置与所述焊接结构内部的缺陷的形状数据计算得到理论内部应力；其中，所述理论表面应力在测试环境下对焊接结构表面施加的测试应力；
传递矩阵计算模块，用于根据所述理论表面应力与所述理论内部应力计算传递矩阵；其中，所述传递矩阵用于指示所述焊接结构表面应力与所述焊接结构内部应力的传递关系；
内部应力场计算模块，用于根据所述传递矩阵与所述焊接结构表面的应力场计算所述焊接结构内部的应力场；其中，所述焊接结构内部的应力场用于指示焊接结构内部的应力分布；
剩余使用寿命模块，用于根据所述焊接结构内部的应力场计算所述焊接结构的剩余使用寿命；其中，所述剩余使用寿命用于指示所述焊接结构从当前时刻到故障时刻的时长。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；
其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1-7任一项所述的焊接结构健康监测方法。
10.一种非临时性计算机可读存储介质，其特征在于，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备能够执行权利要求1-7任一项所述的焊接结构健康监测方法。
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