CN116384003A - 植入传感器式螺栓可靠性评价方法、装置及设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种植入传感器式螺栓可靠性评价方法、装置及设备，涉及机械试验技术领域，包括：获取与植入传感器式螺栓的使用工况相关的第一信息，其中，所述第一信息包括产品性能信息和应用环境信息；根据所述第一信息，确定评价方案，其中，所述评价方案包括数字化仿真评价方案和/或实物试验评价方案；根据所述第一信息和所述评价方案，对所述植入传感器式螺栓的性能进行评价，获得评价结果。本申请的方案实现了利用数字化仿真方法和/或试验方法对植入传感器式螺栓产品、组件等开展系统的评价，从而保证连接结构的连接可靠性，提高产品质量。

Description

植入传感器式螺栓可靠性评价方法、装置及设备
技术领域
本申请涉及机械试验技术领域，尤其是涉及一种植入传感器式螺栓可靠性评价方法、装置及设备。
背景技术
螺纹连接被广泛应用于结构连接，对于整个连接结构的可靠性具有重要的作用。随着技术的飞速发展，对螺纹连接结构的连接可靠性提出了更高的要求。植入传感器式螺栓为实现对关键螺纹连接部位的受力情况进行原位检测与健康检测起到了关键作用，并很快应用在铁路、风电、航空、航天等行业。该方法是改进了应变片法，将传感器埋入螺栓头部的细孔中，从而实现预紧力的测量，该类植入传感器式螺栓具有较好的重复使用性能以及环境适应性，可用于螺栓预紧力的健康监测。
但是，一方面，由于植入传感器式螺栓需要对原螺栓进行改造，改造后螺栓的性能改变成为了目前制约植入传感器式螺栓规模化应用的原因之一；另一方面，由于该类螺栓的标准化程度低，几乎没有关于该类螺栓的产品标准以及检测评价标准，导致对该类螺栓的可靠性评价手段较少，也成为制约该类螺栓推广应用的主要原因之一。
发明内容
本申请的目的在于提供一种植入传感器式螺栓系统的可靠性评价方法，从而解决现有技术中没有针对植入传感器式螺栓的评价流程的问题。
第一方面，为了达到上述目的，本申请提供一种一种植入传感器式螺栓性能评价方法，包括：
获取与植入传感器式螺栓的使用工况相关的第一信息，其中，所述第一信息包括产品性能信息和应用环境信息；
根据所述第一信息，确定评价方案，其中，所述评价方案包括数字化仿真评价方案和/或实物试验评价方案；
根据所述第一信息和所述评价方案，对所述植入传感器式螺栓的性能进行评价，获得评价结果。
可选地，所述产品性能信息包括几何特性、机械性能和传感器性能中的至少一项。
可选地，所述应用环境信息包括载荷特点和/或应力极值；
其中，所述载荷特点包括受拉弯剪载荷情况、疲劳载荷、冲击载荷、重复使用要求、电磁环境、工作环境温度和工作环境湿度中的至少一项。
可选地，根据所述第一信息，确定评价方案，包括：
根据所述第一信息，对所述植入传感器式螺栓进行失效模式与影响分析FMEA，确定影响所述植入传感器式螺栓的性能的典型影响因素和影响水平；
根据所述典型影响因素和影响水平，利用正交法确定试验项目；
根据所述试验项目、试验成本和仿真技术成熟度，确定所述评价方案。
可选地，根据所述第一信息和所述评价方案，对所述植入传感器式螺栓的性能进行评价，获得评价结果，包括：
根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行数字化仿真评价，获得第一评价结果；
根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行实物试验评价，获得第二评价结果；
其中，所述评价结果包括所述第一评价结果和所述第二评价结果。
可选地，根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行数字化仿真评价，获得第一评价结果，包括：
根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行装配数字化仿真，获得第一仿真结果；
根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行安装尺寸合理性数字化仿真，获得第二仿真结果；
根据所述第一仿真结果和所述第二仿真结果，获得所述第一评价结果。
可选地，根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行装配数字化仿真，获得第一仿真结果，包括：
确定装配方案，所述装配方案包括装配工具、装配顺序、装配速度、安装预紧力要求和装配组件中的一项或多项；
根据所述产品性能信息和所述装配方案，分别构建所述植入传感器式螺栓、所述装配工具和所述装配组件的几何模型；
根据所述装配方案和所述几何模型进行模型仿真，获得所述第一仿真结果。
可选地，根据所述装配方案和所述几何模型进行模型仿真，获得所述第一仿真结果，包括：
对所述几何模型进行有限元网格划分、材料力学性能定义及装配；
利用所述装配工具的几何模型对所述植入传感器式螺栓的几何模型和所述装配组件的几何模型进行装配仿真，获得当前装配仿真结果；
利用所述植入传感器式螺栓与所述装配组件的实物装配结果和所述当前装配仿真结果，对所述几何模型进行修正，直至所述当前装配仿真结果满足第一预设条件，其中，所述第一仿真结果为满足所述第一预设条件的所述当前装配仿真结果。
可选地，根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行安装尺寸合理性数字化仿真，获得第二仿真结果，包括：
根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，确定安装尺寸合理性评价方案；其中，所述安装尺寸合理性评价方案包括试验组信息、对照组信息、试验项目和评价指标；
根据所述安装尺寸合理性评价方案，构建与安装尺寸合理性评价相关的数字化仿真模型，其中，所述数字化仿真模型包括：拉伸试验仿真模型、剪切试验仿真模型、疲劳试验仿真模型；
通过对所述数字化仿真模型进行网格划分、材料力学性能定义和模型装配，进行模型仿真，获得当前模型仿真结果；
利用所述当前模型仿真结果和与模型仿真对应的实物试验结果，对所述数字化仿真模型进行修正，直至所述当前模型仿真结果满足第二预设条件，其中，所述第二仿真结果为满足所述第二预设条件的所述当前模型仿真结果。
可选地，根据所述第一仿真结果和所述第二仿真结果，获得所述第一评价结果，包括：
根据所述第一仿真结果，对装配工具合理性、配合精度合理性和装配工艺合理性进行评价，获得第三评价结果；
根据所述第二仿真结果，对所述植入传感器式螺栓的抗拉特性、抗剪特性和疲劳特性进行评价，获得第四评价结果；
其中，所述第一评价结果包括所述第三评价结果和所述第四评价结果。
可选地，根据所述第二仿真结果，对所述植入传感器式螺栓的抗拉特性、抗剪特性和疲劳特性进行评价，获得第四评价结果，包括：
根据各个试验组的极限拉力值与对照组的极限拉力值的第一比值，对所述抗拉特性进行评价；
根据各个试验组的极限双剪力值与对照组的极限双剪力值的第二比值，对所述抗剪特性进行评价；
根据各个试验组的疲劳寿命值与对照组的疲劳寿命值的第三比值，对所述疲劳特性进行评价；
其中，所述第四评价结果包括对所述抗拉特性的评价结果、对所述抗剪特性的评价结果、对所述疲劳特性的评价结果。
可选地，所述方法还包括：
根据所述第一比值、所述第二比值和所述第三比值中的至少一个，优化所述植入传感器式螺栓的传感器安装孔的尺寸；其中，所述第一评价结果还包括优化后的传感器安装孔尺寸。
可选地，根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行实物试验评价，获得第二评价结果，包括：
根据所述产品性能信息，对所述植入传感器式螺栓的传感器的性能进行测试；
根据所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行环境试验；
对环境试验后的所述植入传感器式螺栓的外观进行检查，并对传感器的精度进行测试；
根据传感器的性能测试结果、外观检查结果和传感器的精度测试结果，获得所述第二评价结果。
第二方面，为达到上述目的，本申请实施例还提供一种植入传感器式螺栓性能评价装置，包括：
第一获取模块，用于获取与植入传感器式螺栓的使用工况相关的第一信息，其中，所述第一信息包括产品性能信息和应用环境信息；
确定模块，用于根据所述第一信息，确定评价方案，其中，所述评价方案包括数字化仿真评价方案和/或实物试验评价方案；
第二获取模块，用于根据所述第一信息和所述评价方案，对所述植入传感器式螺栓的性能进行评价，获得评价结果。
第三方面，为达到上述目的，本申请实施例还提供一种植入传感器式螺栓性能评价设备，包括收发机、存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的植入传感器式螺栓性能评价方法的步骤。
第四方面，为达到上述目的，本申请实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序，所述程序被处理器执行时实现如第一方面所述的植入传感器式螺栓性能评价方法的步骤。
本申请的上述技术方案至少具有如下有益效果：
本申请实施例的植入传感器式螺栓性能评价方法，首先，获取与植入传感器式螺栓的使用工况相关的第一信息，其中，所述第一信息包括产品性能信息和应用环境信息；其次，根据所述第一信息，确定评价方案，其中，所述评价方案包括数字化仿真评价方案和/或实物试验评价方案；最后，根据所述第一信息和所述评价方案，对所述植入传感器式螺栓的性能进行评价，获得评价结果。如此，实现了利用数字化仿真方法与试验方法结合对植入传感器式螺栓产品、组件等开展系统的评价，从而保证连接结构的连接可靠性，提高产品质量。
附图说明
图1为数字化仿真的通用流程的示意图；
图2为本申请实施例的植入传感器式螺栓性能评价方法的示意图之一；
图3为本申请实施例中对植入传感器式螺栓进行装配数字化仿真的流程示意图；
图4为本申请实施例中对植入传感器式螺栓进行安装尺寸合理性进行评价仿真的流程示意图；
图5为本申请实施例的植入传感器式螺栓性能评价方法的示意图之二
图6为本申请实施例的植入传感器式螺栓性能评价装置的结构示意图；
图7为本申请实施例的植入传感器式螺栓性能评价设备的结构示意图。。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面，结合图1先对数字化仿真的通用流程进行说明：
1)仿真模型构建
确认输入条件与技术状态，选择合适的有限元分析软件根据需要开展的评价项目进行仿真模型构建，如几何模型、受拉的力学模型、受复合载荷力学模型、装配模拟模型等。
2)仿真求解及结果后处理
对模型完成有限元网格划分、材料力学性能定义、约束关系、接触关系、载荷条件的定义，并完成求解分析。
3)仿真模型验证
根据仿真的条件开展实物试验，对仿真试验结果与实物试验结果进行对比分析，分析模型的正确性。
4)性能评价
根据产品的设计要求对该指标进行评价给出评价结论。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的植入传感器式螺栓性能评价方法、装置及设备进行详细地说明。
如图2所示，本申请实施例提供一种植入传感器式螺栓性能评价方法，包括：
步骤201，获取与植入传感器式螺栓的使用工况相关的第一信息，其中，第一信息包括产品性能信息和应用环境信息；
本步骤具体可以根据植入传感器式螺栓产品的应用位置、应用环境，对产品的几何特性、工作载荷与环境载荷等进行梳理，从产品的本身性能与应用环境两方面进行分析产品的关键尺寸值、载荷特点、应力极值等，最终获得该第一信息，从而为后续的模型建立、数字化仿真、试验评价等提供输入条件；具体的，本步骤可以由人工完成，也可以由软件完成；
步骤202，根据第一信息，确定评价方案，其中，所述评价方案包括数字化仿真评价方案和/或实物试验评价方案；优选地，本步骤的评价方案包括数字化仿真评价方案和实物试验评价方案；
步骤203，根据所述第一信息和所述评价方案，对所述植入传感器式螺栓的性能进行评价，获得评价结果。
本申请实施例的植入传感器式螺栓性能评价方法，首先，获取与植入传感器式螺栓的使用工况相关的第一信息，其中，所述第一信息包括产品性能信息和应用环境信息；其次，根据所述第一信息，确定评价方案，其中，所述评价方案包括数字化仿真评价方案和/或实物试验评价方案；最后，根据所述第一信息和所述评价方案，对所述植入传感器式螺栓的性能进行评价，获得评价结果。如此，实现了利用数字化仿真方法与试验方法结合对植入传感器式螺栓产品、组件等开展系统的评价，从而保证连接结构的连接可靠性，提高产品质量。
作为一个具体的实现方式，产品性能信息包括几何特性、机械性能和传感器性能中的至少一项。
作为一个具体的实现方式，应用环境信息包括载荷特点和/或应力极值；
其中，载荷特点包括受拉弯剪载荷情况(包括载荷方向、载荷极值等)、疲劳载荷、冲击载荷、重复使用要求、电磁环境、工作环境温度和工作环境湿度中的至少一项。
作为一个可选的实现方式，步骤202，根据第一信息，确定评价方案，包括：
根据第一信息，对植入传感器式螺栓进行失效模式与影响分析(Failure Modeand Effects Analysis，FMEA)，确定影响植入传感器式螺栓的性能的典型影响因素和影响水平；也就是说，本步骤是基于对产品的使用工况的分析，对植入传感器式螺栓进行FMEA，从产品研制阶段、使用阶段进行分析，明确影响植入传感器式螺栓产品质量与可靠性的典型影响因素与影响水平。
根据典型影响因素和影响水平，利用正交法确定试验项目；
根据所验项目(例如需要多次摸索的极限边界的试验可以选择数字化仿真的方法)、试验成本和仿真技术成熟度，确定评价方案。具体的，本步骤可以是根据试验项目、试验成本、仿真技术成熟度等方面综合明确数字化仿真类项目与实际试验项目，从而编制形成评价方案。
作为一个可选的实现方式，步骤203，根述第一信息和所述评价方案，对植入传感器式螺栓的性能进行评价，获得评价结果，包括：
根据所产品性能信息和所述应用环境信息，对植入传感器式螺栓进行数字化仿真评价，获得第一评价结果；
根据产品性能信息和所述应用环境信息，对植入传感器式螺栓进行实物试验评价，获得第二评价结果；
其中，所述评价结果包括所述第一评价结果和所述第二评价结果。
这里，需要说明的是，紧固件产品的装配是保证连接可靠性的重要环节，且由于植入传感器式螺栓产品需要对螺栓头部进行打孔，故打孔后的机械性能是产品质量的重要评价因素，且故植入传感器式螺栓产品的仿真内容包括装配合理性评价(主要对安装干涉情况进行评价)、传感器安装孔尺寸合理性评价(主要包括抗拉特性、剪切特性以及疲劳特性)，另外，本申请中涉及的评价方面为基础性项目，可以根据实际情况增加数字化仿真评价的项目。依据前述流程对装配仿真评价、安装合理性评价两个关键因素的评价给出详细的评价方法。
在前述内容的基础上，作为一个可选的实现方式，根据产品性能信息和应用环境信息，对植入传感器式螺栓进行数字化仿真评价，获得第一评价结果，包括：
根据产品性能信息和应用环境信息，对植入传感器式螺栓进行装配数字化仿真，获得第一仿真结果；
根据产品性能信息和应用环境信息，对植入传感器式螺栓进行安装尺寸合理性数字化仿真，获得第二仿真结果；
根据第一仿真结果和第二仿真结果，获得第一评价结果。本步骤中，具体的，第一评价结果包括上述第一仿真结果和上述第二仿真结果。
作为一个具体的实现方式，根据产品性能信息和应用环境信息，对植入传感器式螺栓进行装配数字化仿真，获得第一仿真结果，包括：
确定装配方案，该装配方案包括装配工具、装配顺序、装配速度、安装预紧力要求和装配组件中的一项或多项；本步骤主要是根据产品的使用位置、设计要求等确定装配方案；其中，装配组件也可以称作为组件装配情况，包括配合的螺母、连接件等相关信息；
这里，需要说明的是，上述确定装配方案是装配数字化仿真的核心依据，主要用于明确装配仿真中所需的条件和具体要求。
根据产品性能信息和装配方案，分别构建植入传感器式螺栓、装配工具和装配组件的几何模型；这里，装配组件具体可以包括与植入传感器式螺栓配套的螺母、连接板等；
根据装配方案和几何模型进行模型仿真，获得第一仿真结果。
作为一个更具体的实现方式，根据装配方案和几何模型进行模型仿真，获得第一仿真结果，包括：
对几何模型进行有限元网格划分、材料力学性能定义及装配；本步骤中，对几何模型进行装配具体是指对各组件(植入传感器式螺栓、螺母、连接板等)进行装配，包括确定相对位置、约束关系、接触关系等；
利用装配工具的几何模型对植入传感器式螺栓的几何模型和所述装配组件的几何模型进行装配仿真，获得当前装配仿真结果；
利用植入传感器式螺栓与装配组件的实物装配结果和当前装配仿真结果，对几何模型进行修正，直至当前装配仿真结果满足第一预设条件，其中，第一仿真结果为满足所述第一预设条件的所述当前装配仿真结果。
本步骤中，具体可以是基于实物装配结果对当前装配仿真结果的准确性进行判断，并基于判断结果对几何模型进行修正。可选地，本步骤可以从装配工具合理性、配合精度合理性和装配工艺合理性中的至少一个方面进行判断，则第一预设条件也与相应的判断角度(装配工具合理性、配合精度合理性和装配工艺合理性)相关。
下面，结合图3对植入传感器式螺栓进行装配数字化仿真的过程进行说明：
第一，确定装配方案；
第二，装配模型构建，即根据装配方案构建装配模型；
第三，模型验证，若确定模型正确合理，则执行“第四”步骤，若不合理，则返回至“第二”步骤；
第四，装配仿真评价，具体包括装配工具合理性评价、配合精度合理性评价、装配工艺合理性评价；
第五，获得装配特性评价结果，若符合设计要求，则执行“第六”步骤，若不符合设计结果，则返回至“第一”步骤；
第六，生成评价报告。
这里，需要说明的是，由于植入传感器式螺栓产品需要对螺栓头部进行打孔，故打孔后的机械性能是产品质量的重要评价因素，特别是打孔后的抗拉特性、抗剪特性以及疲劳特性是重要评价指标。
基于上述内容，作为一个可选的实现方式，根据产品性能信息和应用环境信息，对植入传感器式螺栓进行安装尺寸合理性数字化仿真，获得第二仿真结果，包括：
(1)根据产品性能信息和应用环境信息，确定安装尺寸合理性评价方案；其中，安装尺寸合理性评价方案包括试验组信息、对照组信息、试验项目和评价指标；
具体的，本步骤可以基于经验按照螺栓规格确定安装孔的初始孔径d1、间隔尺寸Δ，便确定了仿真模型的安装孔径为0(该组别为对照组，用于比较机械性能下降程度)、d1-2Δ、d1-Δ、d1、d1+Δ、d1+2Δ(其余为仿真试验组)，共计6组仿真评价组(可根据实际需要按照此方法设置仿真试验组)，分别对该6个孔径的模型进行仿真，分析其抗拉特性、抗剪特性以及疲劳特性的差异，综合粘胶工艺选择安装孔尺寸。若只是用于评价该安装孔尺寸合理性评价，可裁剪试验组，可只设置安装孔径为0mm的对照组，与实际安装孔尺寸的仿真试验组即可。
(2)根据安装尺寸合理性评价方案，构建与安装尺寸合理性评价相关的数字化仿真模型，其中，所述数字化仿真模型包括：拉伸试验仿真模型、剪切试验仿真模型、疲劳试验仿真模型；
本步骤中，拉伸试验仿真模型构建：参照相关标准，如NASM-1312-108《紧固件试验方法108拉伸强度》中的试验件要求构建试验件、试验工装等几何模型，并按照标准规定的试验要求进行网格划分、装配(相对位置、约束关系、接触关系等)、材料力学性能定义等。
剪切试验仿真模型构建：参照相关标准，如NASM-1312-113《紧固件试验方法113双剪试验》中的试验件要求构建试验件、试验工装等几何模型，并按照标准规定的试验要求进行网格划分、装配(相对位置、约束关系、接触关系等)、材料力学性能定义等。
疲劳试验仿真模型构建：参照相关标准，如NASM-1312-111《紧固件试验方法111抗拉疲劳》中的试验件要求构建试验件、试验工装等几何模型，并按照标准规定的试验要求进行网格划分、装配(相对位置、约束关系、接触关系等)、材料力学性能定义等。
(3)通过对所述数字化仿真模型进行网格划分、材料力学性能定义和模型装配，进行模型仿真，获得当前模型仿真结果；
(4)利用当前模型仿真结果和与模型仿真对应的实物试验结果，对数字化仿真模型进行修正，直至当前模型仿真结果满足第二预设条件，其中，第二仿真结果为满足所述第二预设条件的所述当前模型仿真结果。
本步骤中，可以选择典型规格产品开展拉伸试验、双剪试验以及疲劳试验实物试验，并利用3类仿真试验模型进行相同状态下的仿真求解并输出仿真结果，对比分析仿真结果与实物试验结果，判断模型的正确性，根据实物试验结果对模型进行修正，直到模型正确为止。另外，第二预设条件英语拉伸试验、双剪试验及疲劳试验等的结果相关。
作为一个可选的实现方式，根据第一仿真结果和第二仿真结果，获得第一评价结果，包括：
(1)根据第一仿真结果，对装配工具合理性、配合精度合理性和装配工艺合理性进行评价，获得第三评价结果；
本步骤中，对上述三个方面的评价的具体描述如下：
装配工具合理性评价：植入传感器式螺栓产品为实现预紧力的测量，需要在螺栓尾部引出用于采集信号的线缆，故装配工具的合理性评价就非常有必要。仿真时，主要对线缆与装配工具是否会干涉、装配工具与结构是否干涉进行检测，若无法顺利完成安装则修改连接结构尺寸与工具尺寸。
配合精度合理性评价：主要是针对螺纹连接结构中各零部件的配合精度进行干涉检查，对照设计文件进行检查是否符合设计要求，安装过程是否有干涉存在。
装配工艺合理性评价：该部分评价主要是针对装配顺序、装配速度进行评价，其一，螺栓连接的装配顺序主要有顺序拧紧、交叉拧紧、四螺栓紧固，按照典型拧紧顺序对螺栓组进行拧紧，拧紧后分析各螺栓与连接板受力是否均匀，是否有影响连接性能的变形出现。其二，装配速度仿真可实现对不同安装速度下螺栓的预紧力的差异，可通过优化算法给出推荐安装力矩，并对安装工艺中的安装速度进行评价。
(2)根据第二仿真结果，对植入传感器式螺栓的抗拉特性、抗剪特性和疲劳特性进行评价，获得第四评价结果；
其中，第一评价结果包括上述第三评价结果和上述第四评价结果。
作为一个具体的实现方式，根据第二仿真结果，对植入传感器式螺栓的抗拉特性、抗剪特性和疲劳特性进行评价，获得第四评价结果，包括：
(1)根据各个试验组的极限拉力值与对照组的极限拉力值的第一比值，对所述抗拉特性进行评价；
具体的，本步骤利用植入传感器式螺栓产品仿真模型分别给出按照孔径为0(该组别为对照组，用于比较机械性能下降程度)、d1-2Δ、d1-Δ、d1、d1+Δ、d1+2Δ时的极限拉力分别为F0～F5，计算
Figure BDA0004169047360000131
的值，Mx的值越接近1则表示抗拉特性下降越小，可根据该参数优化安装孔径，也可通过该参数评价抗拉特性下降程度，判断是否满足使用要求。
(2)根据各个试验组的极限双剪力值与对照组的极限双剪力值的第二比值，对所述抗剪特性进行评价；
具体的，本步骤利用植入传感器式螺栓产品仿真模型分别给出按照孔径为0(该组别为对照组，用于比较机械性能下降程度)、d1-2Δ、d1-Δ、d1、d1+Δ、d1+2Δ时的极限双剪力分别为τ0～τ5，计算
Figure BDA0004169047360000132
的值，Jx的值越接近1则表示抗剪特性下降越小，可根据该参数优化安装孔径，也可通过该参数评价抗剪特性下降程度，判断是否满足使用要求。
(3)根据各个试验组的疲劳寿命值与对照组的疲劳寿命值的第三比值，对所述疲劳特性进行评价；
具体的，本步骤利用植入传感器式螺栓产品仿真模型分别给出按照孔径为0(该组别为对照组，用于比较机械性能下降程度)、d1-2Δ、d1-Δ、d1、d1+Δ、d1+2Δ时的疲劳寿命分别为N0～N5，计算
Figure BDA0004169047360000133
的值，Px的值越接近1则表示疲劳特性下降越小，可根据该参数优化安装孔径，也可通过该参数评价疲劳特性下降程度，判断是否满足使用要求。
这里，需要说明的是，所述第四评价结果包括对所述抗拉特性的评价结果、对所述抗剪特性的评价结果、对所述疲劳特性的评价结果。
进一步地，作为一个可选的实现方式，在上述内容的基础上，该方法还包括：根据所第一比值、第二比值和第三比值中的至少一个，优化植入传感器式螺栓的传感器安装孔的尺寸；其中，第一评价结果还包括优化后的传感器安装孔尺寸。
也就是说，在对植入传感器式螺栓产品的抗拉特性、抗剪特性以及疲劳特性进行评价的同时，还可以基于评价结果对安装孔尺寸进行优化与评价，以提高植入传感器式螺栓的可靠性。
下面，结合图4对植入传感器式螺栓进行安装尺寸合理性进行评价仿真流程进行说明：
第一，安装孔合理性评价(优化)方案设计，具体包括：仿真对照组(安装孔径为0)；
第二，模型构建，具体包括：拉伸试验仿真模型构建、剪切试验仿真模型构建、疲劳试验仿真模型构建；
第三，模型验证；若确定模型正确合理，则执行“第四”步骤，若不合理，则返回至“第二”步骤；
第四，安装孔合理性评价，具体包括：抗拉特性评价、抗剪特性评价、疲劳特性评价；
第五，判断是否满足设计要求(具体是根据安装孔合理性评价结果判断安装孔是否满足设计要求)，若是，则执行“第六”步骤，若否，则返回至“第一”步骤；
第六，获得安装孔合理性评价结果与孔径优化值；
第七，生成评价报告。
作为一个可选的实现方式，根据产品性能信息和应用环境信息，对植入传感器式螺栓进行实物试验评价，获得第二评价结果，包括：
根据产品性能信息，对植入传感器式螺栓的传感器的性能进行测试；
这里，需要说明的是，由于植入传感器式螺栓产品是将螺栓植入传感器从而实现测量功能，故其测试功能是重要评价内容，主要是对零点输出、满量程输出、非线性度、重复性、测量精度、灵敏度以及零点漂移等进行测量，根据产品设计文件对各性能进行评价，并给出评价结果。
根据应用环境信息，对植入传感器式螺栓进行环境试验；
这里，需要说明的是，植入传感器式螺栓产品属于机械零件与传感器的组合件，因此在考虑环境因素对其影响时应该同时考虑对螺栓与传感器测试功能的影响，因此综合对螺栓、传感器、粘胶的故障模式与失效机理的分析，应对植入传感器式螺栓产品进行温度试验、振动试验、湿热试验、盐雾试验等。
对环境试验后的植入传感器式螺栓的外观进行检查，并对传感器的精度进行测试；具体的，本步骤对试验后的植入传感器式螺栓是否发生机械破坏、锈蚀情况等影响功能的破坏形式，检查传感器测量精度是否仍然满足要求，检查粘胶是否牢固，根据检查结果给出评价结果。
根据传感器的性能测试结果、外观检查结果和传感器的精度测试结果，获得所述第二评价结果。
下面，结合图5对本申请实施例的植入传感器式螺栓性能评价方法的实现过程进行说明：
第一，确定植入传感器式螺栓产品的使用工况，具体包括：产品性能和应用环境，其中，产品性能包括：几何特性、机械性能、传感器性能等，应用环境包括：载荷特点、应力极值等；
第二，分析产品的典型故障模式与影响因素，以输出典型影响因素与影响水平；
第三，利用正交法进行试验设计；
第四，明确数字化仿真类型项目与实际试验项目，编制评价方案，具体包括：植入传感器式螺栓产品数字化仿真评价和植入传感器式螺栓产品实物试验评价；其中，植入传感器式螺栓产品数字化仿真评价从装配性能仿真、传感器安装孔尺寸优化设计与合理性两个方面进行评价，当然，还可以根据实际使用情况增加其它项目；植入传感器式螺栓产品实物试验评价从传感器测试功能和环境适应性连个方面进行评价，当然，还可以根据实际使用情况增加其它项目；
第五，生成植入传感器式螺栓产品评价结果。
本申请实施例的上述方法，实现了对植入传感器式螺栓的性能进行评价，利用数字化仿真方法与试验方法结合对植入传感器式螺栓产品、组件等开展系统的评价，从而保证连接结构的连接可靠性，提高产品质量。
如图6所示，本申请实施例还提供一种植入传感器式螺栓性能评价装置，包括：
第一获取模块601，用于获取与植入传感器式螺栓的使用工况相关的第一信息，其中，所述第一信息包括产品性能信息和应用环境信息；
确定模块602，用于根据所述第一信息，确定评价方案，其中，所述评价方案包括数字化仿真评价方案和/或实物试验评价方案；
第二获取模块603，用于根据所述第一信息和所述评价方案，对所述植入传感器式螺栓的性能进行评价，获得评价结果。
可选地，所述产品性能信息包括几何特性、机械性能和传感器性能中的至少一项。
可选地，所述应用环境信息包括载荷特点和/或应力极值；
其中，所述载荷特点包括受拉弯剪载荷情况、疲劳载荷、冲击载荷、重复使用要求、电磁环境、工作环境温度和工作环境湿度中的至少一项。
可选地，所述确定模块602包括：
第一确定子模块，用于根据所述第一信息，对所述植入传感器式螺栓进行失效模式与影响分析FMEA，确定影响所述植入传感器式螺栓的性能的典型影响因素和影响水平；
第二确定子模块，用于根据所述典型影响因素和影响水平，利用正交法确定试验项目；
第三确定子模块，用于根据所述试验项目、试验成本和仿真技术成熟度，确定所述评价方案。
可选地，所述第二获取模块603包括：
第一获取子模块，用于根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行数字化仿真评价，获得第一评价结果；
第二获取子模块，用于根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行实物试验评价，获得第二评价结果；
其中，所述评价结果包括所述第一评价结果和所述第二评价结果。
可选地，所述第一获取子模块包括：
第一获取单元，用于根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行装配数字化仿真，获得第一仿真结果；
第二获取单元，用于根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行安装尺寸合理性数字化仿真，获得第二仿真结果；
第三获取单元，用于根据所述第一仿真结果和所述第二仿真结果，获得所述第一评价结果。
可选地，所述第一获取单元包括：
第一确定子单元，用于确定装配方案，所述装配方案包括装配工具、装配顺序、装配速度、安装预紧力要求和装配组件中的一项或多项；
第一构建子单元，用于根据所述产品性能信息和所述装配方案，分别构建所述植入传感器式螺栓、所述装配工具和所述装配组件的几何模型；
第一获取子单元，用于根据所述装配方案和所述几何模型进行模型仿真，获得所述第一仿真结果。
可选地，所述第一获取子单元具体用于：
对所述几何模型进行有限元网格划分、材料力学性能定义及装配；
利用所述装配工具的几何模型对所述植入传感器式螺栓的几何模型和所述装配组件的几何模型进行装配仿真，获得当前装配仿真结果；
利用所述植入传感器式螺栓与所述装配组件的实物装配结果和所述当前装配仿真结果，对所述几何模型进行修正，直至所述当前装配仿真结果满足第一预设条件，其中，所述第一仿真结果为满足所述第一预设条件的所述当前装配仿真结果。
可选地，所述第二获取单元包括：
第二确定子单元，用于根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，确定安装尺寸合理性评价方案；其中，所述安装尺寸合理性评价方案包括试验组信息、对照组信息、试验项目和评价指标；
第二构建子单元，用于根据所述安装尺寸合理性评价方案，构建与安装尺寸合理性评价相关的数字化仿真模型，其中，所述数字化仿真模型包括：拉伸试验仿真模型、剪切试验仿真模型、疲劳试验仿真模型；
第二获取子单元，用于通过对所述数字化仿真模型进行网格划分、材料力学性能定义和模型装配，进行模型仿真，获得当前模型仿真结果；
利用所述当前模型仿真结果和与模型仿真对应的实物试验结果，对所述数字化仿真模型进行修正，直至所述当前模型仿真结果满足第二预设条件，其中，所述第二仿真结果为满足所述第二预设条件的所述当前模型仿真结果。
可选地，所述第三获取单元包括：
第三获取子单元，用于根据所述第一仿真结果，对装配工具合理性、配合精度合理性和装配工艺合理性进行评价，获得第三评价结果；
第四获取子单元，用于根据所述第二仿真结果，对所述植入传感器式螺栓的抗拉特性、抗剪特性和疲劳特性进行评价，获得第四评价结果；
其中，所述第一评价结果包括所述第三评价结果和所述第四评价结果。
可选地，所述第四获取子单元具体用于：
根据各个试验组的极限拉力值与对照组的极限拉力值的第一比值，对所述抗拉特性进行评价；
根据各个试验组的极限双剪力值与对照组的极限双剪力值的第二比值，对所述抗剪特性进行评价；
根据各个试验组的疲劳寿命值与对照组的疲劳寿命值的第三比值，对所述疲劳特性进行评价；
其中，所述第四评价结果包括对所述抗拉特性的评价结果、对所述抗剪特性的评价结果、对所述疲劳特性的评价结果。
进一步地，所述装置还包括：
优化模块，用于根据所述第一比值、所述第二比值和所述第三比值中的至少一个，优化所述植入传感器式螺栓的传感器安装孔的尺寸；其中，所述第一评价结果还包括优化后的传感器安装孔尺寸。
可选地，所述第二获取子模块包括：
测试单元，用于根据所述产品性能信息，对所述植入传感器式螺栓的传感器的性能进行测试；
试验单元，用于根据所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行环境试验；
处理单元，用于对环境试验后的所述植入传感器式螺栓的外观进行检查，并对传感器的精度进行测试；
第四获取单元，用于根据传感器的性能测试结果、外观检查结果和传感器的精度测试结果，获得所述第二评价结果。
需要说明的是，本申请实施例提供的上述植入传感器式螺栓性能评价装置，能够实现上述植入传感器式螺栓性能评价方法实施例所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。
本申请实施例还提供一种植入传感器式螺栓性能评价设备，包括收发机710、存储器720、处理器700及存储在所述存储器720上并在所述处理器700上运行的计算机程序，所述处理器700执行所述计算机程序时实现如上所述的植入传感器式螺栓性能评价方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为了避免重复，这里不再赘述。
所述收发机710，用于在处理器700的控制下接收和发送数据。
其中，在图7中，总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥，具体由处理器700代表的一个或多个处理器和存储器720代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。收发机710可以是多个元件，即包括发送机和接收机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。针对不同的终端，用户接口730还可以是能够外接内接需要设备的接口，连接的设备包括但不限于小键盘、显示器、扬声器、麦克风、操纵杆等。
处理器700负责管理总线架构和通常的处理，存储器720可以存储处理器700在执行操作时所使用的数据。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例的全部或者部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过计算机程序来指示相关的硬件来完成，所述计算机程序包括执行上述方法的部分或者全部步骤的指令；且该计算机程序可以存储于一可读存储介质中，存储介质可以是任何形式的存储介质。
另外，本申请实施例还提供一种可读存储介质，可读存储介质上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的植入传感器式螺栓性能评价方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，该可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (16)

1.一种植入传感器式螺栓性能评价方法，其特征在于，包括：
获取与植入传感器式螺栓的使用工况相关的第一信息，其中，所述第一信息包括产品性能信息和应用环境信息；
根据所述第一信息，确定评价方案，其中，所述评价方案包括数字化仿真评价方案和/或实物试验评价方案；
根据所述第一信息和所述评价方案，对所述植入传感器式螺栓的性能进行评价，获得评价结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产品性能信息包括几何特性、机械性能和传感器性能中的至少一项。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应用环境信息包括载荷特点和/或应力极值；
其中，所述载荷特点包括受拉弯剪载荷情况、疲劳载荷、冲击载荷、重复使用要求、电磁环境、工作环境温度和工作环境湿度中的至少一项。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一信息，确定评价方案，包括：
根据所述第一信息，对所述植入传感器式螺栓进行失效模式与影响分析FMEA，确定影响所述植入传感器式螺栓的性能的典型影响因素和影响水平；
根据所述典型影响因素和影响水平，利用正交法确定试验项目；
根据所述试验项目、试验成本和仿真技术成熟度，确定所述评价方案。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一信息和所述评价方案，对所述植入传感器式螺栓的性能进行评价，获得评价结果，包括：
根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行数字化仿真评价，获得第一评价结果；
根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行实物试验评价，获得第二评价结果；
其中，所述评价结果包括所述第一评价结果和所述第二评价结果。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行数字化仿真评价，获得第一评价结果，包括：
根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行装配数字化仿真，获得第一仿真结果；
根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行安装尺寸合理性数字化仿真，获得第二仿真结果；
根据所述第一仿真结果和所述第二仿真结果，获得所述第一评价结果。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行装配数字化仿真，获得第一仿真结果，包括：
确定装配方案，所述装配方案包括装配工具、装配顺序、装配速度、安装预紧力要求和装配组件中的一项或多项；
根据所述产品性能信息和所述装配方案，分别构建所述植入传感器式螺栓、所述装配工具和所述装配组件的几何模型；
根据所述装配方案和所述几何模型进行模型仿真，获得所述第一仿真结果。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述装配方案和所述几何模型进行模型仿真，获得所述第一仿真结果，包括：
对所述几何模型进行有限元网格划分、材料力学性能定义及装配；
利用所述装配工具的几何模型对所述植入传感器式螺栓的几何模型和所述装配组件的几何模型进行装配仿真，获得当前装配仿真结果；
利用所述植入传感器式螺栓与所述装配组件的实物装配结果和所述当前装配仿真结果，对所述几何模型进行修正，直至所述当前装配仿真结果满足第一预设条件，其中，所述第一仿真结果为满足所述第一预设条件的所述当前装配仿真结果。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行安装尺寸合理性数字化仿真，获得第二仿真结果，包括：
根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，确定安装尺寸合理性评价方案；其中，所述安装尺寸合理性评价方案包括试验组信息、对照组信息、试验项目和评价指标；
根据所述安装尺寸合理性评价方案，构建与安装尺寸合理性评价相关的数字化仿真模型，其中，所述数字化仿真模型包括：拉伸试验仿真模型、剪切试验仿真模型、疲劳试验仿真模型；
通过对所述数字化仿真模型进行网格划分、材料力学性能定义和模型装配，进行模型仿真，获得当前模型仿真结果；
利用所述当前模型仿真结果和与模型仿真对应的实物试验结果，对所述数字化仿真模型进行修正，直至所述当前模型仿真结果满足第二预设条件，其中，所述第二仿真结果为满足所述第二预设条件的所述当前模型仿真结果。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述第一仿真结果和所述第二仿真结果，获得所述第一评价结果，包括：
根据所述第一仿真结果，对装配工具合理性、配合精度合理性和装配工艺合理性进行评价，获得第三评价结果；
根据所述第二仿真结果，对所述植入传感器式螺栓的抗拉特性、抗剪特性和疲劳特性进行评价，获得第四评价结果；
其中，所述第一评价结果包括所述第三评价结果和所述第四评价结果。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，根据所述第二仿真结果，对所述植入传感器式螺栓的抗拉特性、抗剪特性和疲劳特性进行评价，获得第四评价结果，包括：
根据各个试验组的极限拉力值与对照组的极限拉力值的第一比值，对所述抗拉特性进行评价；
根据各个试验组的极限双剪力值与对照组的极限双剪力值的第二比值，对所述抗剪特性进行评价；
根据各个试验组的疲劳寿命值与对照组的疲劳寿命值的第三比值，对所述疲劳特性进行评价；
其中，所述第四评价结果包括对所述抗拉特性的评价结果、对所述抗剪特性的评价结果、对所述疲劳特性的评价结果。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述第一比值、所述第二比值和所述第三比值中的至少一个，优化所述植入传感器式螺栓的传感器安装孔的尺寸；其中，所述第一评价结果还包括优化后的传感器安装孔尺寸。
13.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述产品性能信息和所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行实物试验评价，获得第二评价结果，包括：
根据所述产品性能信息，对所述植入传感器式螺栓的传感器的性能进行测试；
根据所述应用环境信息，对所述植入传感器式螺栓进行环境试验；
对环境试验后的所述植入传感器式螺栓的外观进行检查，并对传感器的精度进行测试；
根据传感器的性能测试结果、外观检查结果和传感器的精度测试结果，获得所述第二评价结果。
14.一种植入传感器式螺栓性能评价装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取与植入传感器式螺栓的使用工况相关的第一信息，其中，所述第一信息包括产品性能信息和应用环境信息；
确定模块，用于根据所述第一信息，确定评价方案，其中，所述评价方案包括数字化仿真评价方案和/或实物试验评价方案；
第二获取模块，用于根据所述第一信息和所述评价方案，对所述植入传感器式螺栓的性能进行评价，获得评价结果。
15.一种植入传感器式螺栓性能评价设备，包括收发机、存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至13中任一项所述的植入传感器式螺栓性能评价方法的步骤。
16.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有程序，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至13中任一项所述的植入传感器式螺栓性能评价方法的步骤。
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