CN116628796B - 一种复合材料桥架寿命评估方法及系统 - Google Patents
一种复合材料桥架寿命评估方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116628796B CN116628796B CN202310437384.2A CN202310437384A CN116628796B CN 116628796 B CN116628796 B CN 116628796B CN 202310437384 A CN202310437384 A CN 202310437384A CN 116628796 B CN116628796 B CN 116628796B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- target composite
- composite bridge
- bridge
- determining
- crack
- 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.)
- Active
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 250
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 168
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 124
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 69
- 238000013210 evaluation model Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 30
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 15
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 12
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 12
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 12
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims description 9
- 238000011056 performance test Methods 0.000 claims description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 22
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 11
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 2
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000009662 stress testing Methods 0.000 description 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
-
- 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
-
- 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
- G06F2119/04—Ageing analysis or optimisation against ageing
-
- 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
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Architecture (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明公开了一种复合材料桥架寿命评估方法及系统，其方法包括：对目标复合材料桥架进行应力测试和模态测试，获取应力测试结果和模态测试结果；根据应力测试结果和模态测试结果确定目标复合材料桥架的当前材料刚度；基于目标复合材料桥架的表面纹理图像确定其当前材料强度；通过目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度利用预设疲劳寿命评估模型评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数。在无需要大型检测设备的情况下实现材料寿命预测流程，降低了成本的同时提高了实用性，通过以内外结合的方式来确定材料刚度和强度可以实现对于目标复合材料桥架进行多维度评估，保证了评估结果的客观性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料寿命预测技术领域，尤其涉及一种复合材料桥架寿命评估方法及系统。
背景技术
目前，复合材料已广泛应用于航空航天、机械、造船等领域。颗粒增强金属材料是类似于金属材料的各向同性材料，和相同金属材料相比有更好的力学性能，目前已经可以通过不同的熔炼工艺批量生产，在桥架方面，由于复合材料的诸多优点使得现有跨海大桥等桥架都广泛使用复合材料作为桥架材料，同时，由于桥梁安全的重要性不言而喻，因此，需要定时地对桥架进行测试和寿命预估以保证桥梁安全，现有的桥架寿命评估方法是通过利用仪器进行检测，根据检测数据对桥架进行寿命评估，其存在以下问题：在数据检测时需要借助较为昂贵的检测设备，提高了检测成本，同时由于检测的数据不具备全面性从而使得最终的评估结果与实际不符，降低了实用性。
发明内容
针对上述所显示出来的问题，本发明提供了一种复合材料桥架寿命评估方法用以解决背景技术中提到的数据检测时需要借助较为昂贵的检测设备，提高了检测成本，同时由于检测的数据不具备全面性从而使得最终的评估结果与实际不符，降低了实用性的问题。
一种复合材料桥架寿命评估方法，包括以下步骤：
对目标复合材料桥架进行应力测试和模态测试，获取应力测试结果和模态测试结果；
根据应力测试结果和模态测试结果确定目标复合材料桥架的当前材料刚度；
基于目标复合材料桥架的表面纹理图像确定其当前材料强度；
通过目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度利用预设疲劳寿命评估模型评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数。
优选的，所述对目标复合材料桥架进行应力测试和模态测试，获取应力测试结果和模态测试结果，包括：
在所述目标复合材料桥架选取多个测试点，在每个测试点进行同力度拉伸和压缩性能试验获取该测试点的拉伸应力-应变曲线和压缩应力-应变曲线；
将每个测试点的拉伸应力-应变曲线和压缩应力-应变曲线映射为多维度应力数据并将其进行整合以获取目标复合材料桥架的应力测试结果；
生成每个测试点对应的单点激励信号并将其发射到该测试点上；
采集每个测试点的反馈信号并对其进行频率解析以确定该测试点的模态参数，将所有测试点的模态参数进行整合以获取目标复合材料桥架的模态测试结果。
优选的，所述根据应力测试结果和模态测试结果确定目标复合材料桥架的当前材料刚度，包括：
从所述应力测试结果中提取外部刚度评估指标，同时，从所述模态测试结果中提取内部刚度评估指标；
分别利用外部刚度评估指标和内部刚度评估指标各自的刚度解析规则对二者进行刚度解析，获取解析结果；
根据二者的解析结果确定目标复合材料桥架的内部材料刚度值和外部材料刚度值；
对所述内部材料刚度值和外部材料刚度值进行加权计算以获取目标复合材料桥架的当前材料刚度。
优选的，所述基于目标复合材料桥架的表面纹理图像确定其当前材料强度，包括：
采集目标复合材料桥架支撑结构处的表面纹理图像；
对所述表面纹理图像进行裂纹区域提取，获取提取结果，基于所述提取结果确定目标复合材料桥架支撑结构处的裂纹扩展路径；
将所述裂纹扩展路径代入到预设数据库中进行匹配，根据匹配结果确定目标复合材料桥架支撑结构处的裂纹扩展特性；
通过所述裂纹扩展特性确定目标复合材料桥架的随机裂纹分布；
根据所述裂纹扩展特性确定裂纹扩展参数，将所述裂纹扩展参数输入到预设裂纹衰退速率方程中计算出目标复合材料桥架的裂纹延伸率；
基于目标复合材料桥架的裂纹延伸率评估出其当前材料强度。
优选的，所述通过目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度利用预设疲劳寿命评估模型评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数，包括：
根据目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度确定目标复合材料桥架的累计损伤状态参数；
基于目标复合材料桥架的累计损伤状态参数获取目标复合材料桥架的当前疲劳寿命相关评估指标项；
根据目标复合材料桥架的当前疲劳寿命相关评估指标项生成模型输入数据；
将所述模型输入数据输入到所述预设疲劳寿命评估模型中评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数。
一种复合材料桥架寿命评估系统，该系统包括：
测试模块，用于对目标复合材料桥架进行应力测试和模态测试，获取应力测试结果和模态测试结果；
第一确定模块，用于根据应力测试结果和模态测试结果确定目标复合材料桥架的当前材料刚度；
第二确定模块，用于基于目标复合材料桥架的表面纹理图像确定其当前材料强度；
评估模块，用于通过目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度利用预设疲劳寿命评估模型评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数。
优选的，所述测试模块，包括：
第一获取子模块，用于在所述目标复合材料桥架选取多个测试点，在每个测试点进行同力度拉伸和压缩性能试验获取该测试点的拉伸应力-应变曲线和压缩应力-应变曲线；
映射子模块，用于将每个测试点的拉伸应力-应变曲线和压缩应力-应变曲线映射为多维度应力数据并将其进行整合以获取目标复合材料桥架的应力测试结果；
第一生成子模块，用于生成每个测试点对应的单点激励信号并将其发射到该测试点上；
第二获取子模块，用于采集每个测试点的反馈信号并对其进行频率解析以确定该测试点的模态参数，将所有测试点的模态参数进行整合以获取目标复合材料桥架的模态测试结果。
优选的，所述第一确定模块，包括：
提取子模块，用于从所述应力测试结果中提取外部刚度评估指标，同时，从所述模态测试结果中提取内部刚度评估指标；
解析子模块，用于分别利用外部刚度评估指标和内部刚度评估指标各自的刚度解析规则对二者进行刚度解析，获取解析结果；
第一确定子模块，用于根据二者的解析结果确定目标复合材料桥架的内部材料刚度值和外部材料刚度值；
第一计算子模块，用于对所述内部材料刚度值和外部材料刚度值进行加权计算以获取目标复合材料桥架的当前材料刚度。
优选的，所述第二确定模块，包括：
采集子模块，用于采集目标复合材料桥架支撑结构处的表面纹理图像；
第二确定子模块，用于对所述表面纹理图像进行裂纹区域提取，获取提取结果，基于所述提取结果确定目标复合材料桥架支撑结构处的裂纹扩展路径；
第三确定子模块，用于将所述裂纹扩展路径代入到预设数据库中进行匹配，根据匹配结果确定目标复合材料桥架支撑结构处的裂纹扩展特性；
第四确定子模块，用于通过所述裂纹扩展特性确定目标复合材料桥架的随机裂纹分布；
第二计算子模块，用于根据所述裂纹扩展特性确定裂纹扩展参数，将所述裂纹扩展参数输入到预设裂纹衰退速率方程中计算出目标复合材料桥架的裂纹延伸率；
第一评估子模块，用于基于目标复合材料桥架的裂纹延伸率评估出其当前材料强度。
优选的，所述评估模块，包括：
第五确定子模块，用于根据目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度确定目标复合材料桥架的累计损伤状态参数；
第三获取子模块，用于基于目标复合材料桥架的累计损伤状态参数获取目标复合材料桥架的当前疲劳寿命相关评估指标项；
第二生成子模块，用于根据目标复合材料桥架的当前疲劳寿命相关评估指标项生成模型输入数据；
第二评估子模块，用于将所述模型输入数据输入到所述预设疲劳寿命评估模型中评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明所提供的一种复合材料桥架寿命评估方法的工作流程图；
图2为本发明所提供的一种复合材料桥架寿命评估方法的另一工作流程图；
图3为本发明所提供的一种复合材料桥架寿命评估系统的结构示意图；
图4为本发明所提供的一种复合材料桥架寿命评估系统中测试模块的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
目前，复合材料已广泛应用于航空航天、机械、造船等领域。颗粒增强金属材料是类似于金属材料的各向同性材料，和相同金属材料相比有更好的力学性能，目前已经可以通过不同的熔炼工艺批量生产，在桥架方面，由于复合材料的诸多优点使得现有跨海大桥等桥架都广泛使用复合材料作为桥架材料，同时，由于桥梁安全的重要性不言而喻，因此，需要定时地对桥架进行测试和寿命预估以保证桥梁安全，现有的桥架寿命评估方法是通过利用仪器进行检测，根据检测数据对桥架进行寿命评估，其存在以下问题：在数据检测时需要借助较为昂贵的检测设备，提高了检测成本，同时由于检测的数据不具备全面性从而使得最终的评估结果与实际不符，降低了实用性。为了解决上述问题，本实施例公开了一种复合材料桥架寿命评估方法。
一种复合材料桥架寿命评估方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S101、对目标复合材料桥架进行应力测试和模态测试，获取应力测试结果和模态测试结果；
步骤S102、根据应力测试结果和模态测试结果确定目标复合材料桥架的当前材料刚度；
步骤S103、基于目标复合材料桥架的表面纹理图像确定其当前材料强度；
步骤S104、通过目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度利用预设疲劳寿命评估模型评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数。
在本实施例中，应力测试表示为对目标复合材料桥架进行受力测试以确定目标复合材料桥架的硬度等参数；
在本实施例中，模态测试表示为对目标复合材料桥架进行内部的模态检测测试以确定目标复合材料桥架内部的模态结构参数；
在本实施例中，剩余寿命系数表示为目标复合材料桥架的剩余使用寿命系数，用小数值表示。
上述技术方案的工作原理为：对目标复合材料桥架进行应力测试和模态测试，获取应力测试结果和模态测试结果；根据应力测试结果和模态测试结果确定目标复合材料桥架的当前材料刚度；基于目标复合材料桥架的表面纹理图像确定其当前材料强度；通过目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度利用预设疲劳寿命评估模型评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数。
上述技术方案的有益效果为：通过对目标复合材料桥架进行测试确定其材料刚度同时通过图像分析的方式确定其材料强度进而综合地评估出其剩余寿命系数可以在无需要大型检测设备的情况下实现材料寿命预测流程，降低了成本的同时提高了实用性，进一步地，通过以内外结合的方式来确定材料刚度和强度可以实现对于目标复合材料桥架进行多维度评估，保证了评估结果的客观性和准确性，解决了现有技术中由于在数据检测时需要借助较为昂贵的检测设备，提高了检测成本，同时由于检测的数据不具备全面性从而使得最终的评估结果与实际不符，降低了实用性的问题。
在一个实施例中，如图2所示，所述对目标复合材料桥架进行应力测试和模态测试，获取应力测试结果和模态测试结果，包括：
步骤S201、在所述目标复合材料桥架选取多个测试点，在每个测试点进行同力度拉伸和压缩性能试验获取该测试点的拉伸应力-应变曲线和压缩应力-应变曲线；
步骤S202、将每个测试点的拉伸应力-应变曲线和压缩应力-应变曲线映射为多维度应力数据并将其进行整合以获取目标复合材料桥架的应力测试结果；
步骤S203、生成每个测试点对应的单点激励信号并将其发射到该测试点上；
步骤S204、采集每个测试点的反馈信号并对其进行频率解析以确定该测试点的模态参数，将所有测试点的模态参数进行整合以获取目标复合材料桥架的模态测试结果。
上述技术方案的有益效果为：通过设置测试点可以根据每个测试点的检测结果来全面地确定整个目标复合材料桥架的整体测试数据，使得数据更加客观和具有参考性，为后续寿命评估奠定了条件，进一步地提高了实用性。
在一个实施例中，所述根据应力测试结果和模态测试结果确定目标复合材料桥架的当前材料刚度，包括：
从所述应力测试结果中提取外部刚度评估指标，同时，从所述模态测试结果中提取内部刚度评估指标；
分别利用外部刚度评估指标和内部刚度评估指标各自的刚度解析规则对二者进行刚度解析，获取解析结果；
根据二者的解析结果确定目标复合材料桥架的内部材料刚度值和外部材料刚度值；
对所述内部材料刚度值和外部材料刚度值进行加权计算以获取目标复合材料桥架的当前材料刚度。
上述技术方案的有益效果为：通过分别提取外部刚度评估指标和内部刚度评估指标可以从目标复合材料桥架的内外结合来全面地确定其材料刚度，使得获取的刚度数据更加可靠，为后续工作奠定了基础，进一步地提高了实用性和稳定性。
在一个实施例中，所述基于目标复合材料桥架的表面纹理图像确定其当前材料强度，包括：
采集目标复合材料桥架支撑结构处的表面纹理图像；
对所述表面纹理图像进行裂纹区域提取，获取提取结果，基于所述提取结果确定目标复合材料桥架支撑结构处的裂纹扩展路径；
将所述裂纹扩展路径代入到预设数据库中进行匹配，根据匹配结果确定目标复合材料桥架支撑结构处的裂纹扩展特性；
通过所述裂纹扩展特性确定目标复合材料桥架的随机裂纹分布；
根据所述裂纹扩展特性确定裂纹扩展参数，将所述裂纹扩展参数输入到预设裂纹衰退速率方程中计算出目标复合材料桥架的裂纹延伸率；
基于目标复合材料桥架的裂纹延伸率评估出其当前材料强度。
上述技术方案的有益效果为：通过对目标复合材料桥架的表面纹理图像进行裂纹数据解析进而确定目标复合材料桥架的裂纹延伸率可以从裂纹对于材料影响的角度出发来精准地评估出目标复合材料桥架的材料强度，提高了数据准确度。
在本实施例中，通过所述裂纹扩展特性确定目标复合材料桥架的随机裂纹分布，包括：
获取目标复合材料桥架的基本参数并根据其构建目标复合材料桥架的健康三维有限元模型；
设置多组裂纹参数并将其输入到所述健康三维有限元模型中获取每组裂纹参数对应的裂纹三维有限元模型；
根据每组裂纹参数对应的裂纹三维有限元模型获取该组裂纹参数下目标复合材料桥架的裂纹面信息；
对每组裂纹参数下目标复合材料桥架的裂纹面信息进行网格细化，根据细化结果获取在每组裂纹参数下目标复合材料桥架的裂纹坐标分布；
根据在每组裂纹参数下目标复合材料桥架的裂纹坐标分布确定目标复合材料桥架的裂纹产生敏感区域和裂纹产生抗性区域；
根据目标复合材料桥架的裂纹产生敏感区域和裂纹产生抗性区域的当前材料参数确定裂纹在裂纹产生敏感区域和裂纹产生抗性区域各自的扩展干扰因素；
根据裂纹在裂纹产生敏感区域和裂纹产生抗性区域各自的扩展干扰因素确定裂纹在裂纹产生敏感区域和裂纹产生抗性区域各自的随机分布特性；
基于裂纹在裂纹产生敏感区域和裂纹产生抗性区域各自的随机分布特性和裂纹扩展特性确定目标复合材料桥架的随机裂纹分布。
在本实施例中，基本参数表示为目标复合材料桥架的结构参数和工艺参数以及材料材质参数等；
在本实施例中，健康三维有限元模型表示为目标复合材料桥架在健康状态下的模拟三维模型；
在本实施例中，裂纹三维有限元模型表示为目标复合材料桥架在每组裂纹参数下的裂纹状态模拟三维模型；
在本实施例中，裂纹产生敏感区域表示为裂纹扩散严重的桥架区域；
在本实施例中。裂纹产生抗性区域表示为裂纹扩散轻微的桥架区域；
在本实施例中，扩展干扰因素表示为裂纹产生敏感区域和裂纹产生抗性区域中组织裂纹扩散的外界因素，例如：区域表面的生锈情况等；
在本实施例中，随机分布特性表示为裂纹在裂纹产生敏感区域和裂纹产生抗性区域各自的随机裂纹分布扩散特性。
上述技术方案的有益效果为：通过确定确定目标复合材料桥架的裂纹产生敏感区域和裂纹产生抗性区域可以直观地评估出目标复合材料桥架的裂纹易扩散区域和难扩散区域进而确定裂纹在每个区域上的分布扩散特性可以根据裂纹本身的扩展特性和其扩展承载体的分布扩展特性来综合地确定目标复合材料桥架的随机裂纹分布，提高了数据可靠性和精准性。为后续寿命评估奠定了有效的参考基础。
在一个实施例中，所述通过目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度利用预设疲劳寿命评估模型评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数，包括：
根据目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度确定目标复合材料桥架的累计损伤状态参数；
基于目标复合材料桥架的累计损伤状态参数获取目标复合材料桥架的当前疲劳寿命相关评估指标项；
根据目标复合材料桥架的当前疲劳寿命相关评估指标项生成模型输入数据；
将所述模型输入数据输入到所述预设疲劳寿命评估模型中评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数。
上述技术方案的有益效果为：通过获取目标复合材料桥架的当前疲劳寿命相关评估指标项可以使用模型根据指标项快速地评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数，并且避免了其他无用指标项的干扰，保证了评估数据精度，进一步地提高了数据可靠性。
本实施例还公开了一种复合材料桥架寿命评估系统，如图3所示，该系统包括：
测试模块301，用于对目标复合材料桥架进行应力测试和模态测试，获取应力测试结果和模态测试结果；
第一确定模块302，用于根据应力测试结果和模态测试结果确定目标复合材料桥架的当前材料刚度；
第二确定模块303，用于基于目标复合材料桥架的表面纹理图像确定其当前材料强度；
评估模块304，用于通过目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度利用预设疲劳寿命评估模型评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数。
上述技术方案的工作原理为：首先通过测试模块对目标复合材料桥架进行应力测试和模态测试，获取应力测试结果和模态测试结果；其次利用第一确定模块根据应力测试结果和模态测试结果确定目标复合材料桥架的当前材料刚度；然后通过第二确定模块基于目标复合材料桥架的表面纹理图像确定其当前材料强度；最后通过评估模块通过目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度利用预设疲劳寿命评估模型评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数。
上述技术方案的有益效果为：通过对目标复合材料桥架进行测试确定其材料刚度同时通过图像分析的方式确定其材料强度进而综合地评估出其剩余寿命系数可以再无需要大型检测设备的情况下实现材料寿命预测流程，降低了成本的同时提高了实用性，进一步地，通过以内外结合的方式来确定材料刚度和强度可以实现对于目标复合材料桥架进行多维度评估，保证了评估结果的客观性和准确性，解决了现有技术中由于在数据检测时需要借助较为昂贵的检测设备，提高了检测成本，同时由于检测的数据不具备全面性从而使得最终的评估结果与实际不符，降低了实用性的问题。
在一个实施例中，如图4所示，所述测试模块301，包括：
第一获取子模块3011，用于在所述目标复合材料桥架选取多个测试点，在每个测试点进行同力度拉伸和压缩性能试验获取该测试点的拉伸应力-应变曲线和压缩应力-应变曲线；
映射子模块3012，用于将每个测试点的拉伸应力-应变曲线和压缩应力-应变曲线映射为多维度应力数据并将其进行整合以获取目标复合材料桥架的应力测试结果；
第一生成子模块3013，用于生成每个测试点对应的单点激励信号并将其发射到该测试点上；
第二获取子模块3014，用于采集每个测试点的反馈信号并对其进行频率解析以确定该测试点的模态参数，将所有测试点的模态参数进行整合以获取目标复合材料桥架的模态测试结果。
上述技术方案的有益效果为：通过设置测试点可以根据每个测试点的检测结果来全面地确定整个目标复合材料桥架的整体测试数据，使得数据更加客观和具有参考性，为后续寿命评估奠定了条件，进一步地提高了实用性。
在一个实施例中，所述第一确定模块，包括：
提取子模块，用于从所述应力测试结果中提取外部刚度评估指标，同时，从所述模态测试结果中提取内部刚度评估指标；
解析子模块，用于分别利用外部刚度评估指标和内部刚度评估指标各自的刚度解析规则对二者进行刚度解析，获取解析结果；
第一确定子模块，用于根据二者的解析结果确定目标复合材料桥架的内部材料刚度值和外部材料刚度值；
第一计算子模块，用于对所述内部材料刚度值和外部材料刚度值进行加权计算以获取目标复合材料桥架的当前材料刚度。
上述技术方案的有益效果为：通过分别提取外部刚度评估指标和内部刚度评估指标可以从目标复合材料桥架的内外结合来全面地确定其材料刚度，使得获取的刚度数据更加可靠，为后续工作奠定了基础，进一步地提高了实用性和稳定性。
在一个实施例中，所述第二确定模块，包括：
采集子模块，用于采集目标复合材料桥架支撑结构处的表面纹理图像；
第二确定子模块，用于对所述表面纹理图像进行裂纹区域提取，获取提取结果，基于所述提取结果确定目标复合材料桥架支撑结构处的裂纹扩展路径；
第三确定子模块，用于将所述裂纹扩展路径代入到预设数据库中进行匹配，根据匹配结果确定目标复合材料桥架支撑结构处的裂纹扩展特性；
第四确定子模块，用于通过所述裂纹扩展特性确定目标复合材料桥架的随机裂纹分布；
第二计算子模块，用于根据所述裂纹扩展特性确定裂纹扩展参数，将所述裂纹扩展参数输入到预设裂纹衰退速率方程中计算出目标复合材料桥架的裂纹延伸率；
第一评估子模块，用于基于目标复合材料桥架的裂纹延伸率评估出其当前材料强度。
上述技术方案的有益效果为：通过对目标复合材料桥架的表面纹理图像进行裂纹数据解析进而确定目标复合材料桥架的裂纹延伸率可以从裂纹对于材料影响的角度出发来精准地评估出目标复合材料桥架的材料强度，提高了数据准确度。
在一个实施例中，所述评估模块，包括：
第五确定子模块，用于根据目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度确定目标复合材料桥架的累计损伤状态参数；
第三获取子模块，用于基于目标复合材料桥架的累计损伤状态参数获取目标复合材料桥架的当前疲劳寿命相关评估指标项；
第二生成子模块，用于根据目标复合材料桥架的当前疲劳寿命相关评估指标项生成模型输入数据；
第二评估子模块，用于将所述模型输入数据输入到所述预设疲劳寿命评估模型中评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数。
上述技术方案的有益效果为：通过获取目标复合材料桥架的当前疲劳寿命相关评估指标项可以使用模型根据指标项快速地评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数，并且避免了其他无用指标项的干扰，保证了评估数据精度，进一步地提高了数据可靠性。
本领域技术人员应当理解的是，本发明中的第一、第二指的是不同应用阶段而已。
本领域技术用户员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、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下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (8)
1.一种复合材料桥架寿命评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
对目标复合材料桥架进行应力测试和模态测试，获取应力测试结果和模态测试结果；
根据应力测试结果和模态测试结果确定目标复合材料桥架的当前材料刚度；
基于目标复合材料桥架的表面纹理图像确定其当前材料强度；
通过目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度利用预设疲劳寿命评估模型评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数；
所述基于目标复合材料桥架的表面纹理图像确定其当前材料强度，包括：
采集目标复合材料桥架支撑结构处的表面纹理图像；
对所述表面纹理图像进行裂纹区域提取，获取提取结果，基于所述提取结果确定目标复合材料桥架支撑结构处的裂纹扩展路径；
将所述裂纹扩展路径代入到预设数据库中进行匹配，根据匹配结果确定目标复合材料桥架支撑结构处的裂纹扩展特性；
通过所述裂纹扩展特性确定目标复合材料桥架的随机裂纹分布；
根据所述裂纹扩展特性确定裂纹扩展参数，将所述裂纹扩展参数输入到预设裂纹衰退速率方程中计算出目标复合材料桥架的裂纹延伸率；
基于目标复合材料桥架的裂纹延伸率评估出其当前材料强度。
2.根据权利要求1所述复合材料桥架寿命评估方法，其特征在于，所述对目标复合材料桥架进行应力测试和模态测试，获取应力测试结果和模态测试结果，包括：
在所述目标复合材料桥架选取多个测试点，在每个测试点进行同力度拉伸和压缩性能试验获取该测试点的拉伸应力-应变曲线和压缩应力-应变曲线；
将每个测试点的拉伸应力-应变曲线和压缩应力-应变曲线映射为多维度应力数据并将其进行整合以获取目标复合材料桥架的应力测试结果；
生成每个测试点对应的单点激励信号并将其发射到该测试点上；
采集每个测试点的反馈信号并对其进行频率解析以确定该测试点的模态参数，将所有测试点的模态参数进行整合以获取目标复合材料桥架的模态测试结果。
3.根据权利要求1所述复合材料桥架寿命评估方法，其特征在于，所述根据应力测试结果和模态测试结果确定目标复合材料桥架的当前材料刚度，包括：
从所述应力测试结果中提取外部刚度评估指标，同时，从所述模态测试结果中提取内部刚度评估指标；
分别利用外部刚度评估指标和内部刚度评估指标各自的刚度解析规则对二者进行刚度解析，获取解析结果；
根据二者的解析结果确定目标复合材料桥架的内部材料刚度值和外部材料刚度值；
对所述内部材料刚度值和外部材料刚度值进行加权计算以获取目标复合材料桥架的当前材料刚度。
4.根据权利要求1所述复合材料桥架寿命评估方法，其特征在于，所述通过目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度利用预设疲劳寿命评估模型评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数，包括：
根据目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度确定目标复合材料桥架的累计损伤状态参数；
基于目标复合材料桥架的累计损伤状态参数获取目标复合材料桥架的当前疲劳寿命相关评估指标项；
根据目标复合材料桥架的当前疲劳寿命相关评估指标项生成模型输入数据；
将所述模型输入数据输入到所述预设疲劳寿命评估模型中评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数。
5.一种复合材料桥架寿命评估系统，其特征在于，该系统包括：
测试模块，用于对目标复合材料桥架进行应力测试和模态测试，获取应力测试结果和模态测试结果；
第一确定模块，用于根据应力测试结果和模态测试结果确定目标复合材料桥架的当前材料刚度；
第二确定模块，用于基于目标复合材料桥架的表面纹理图像确定其当前材料强度；
评估模块，用于通过目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度利用预设疲劳寿命评估模型评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数；
所述第二确定模块，包括：
采集子模块，用于采集目标复合材料桥架支撑结构处的表面纹理图像；
第二确定子模块，用于对所述表面纹理图像进行裂纹区域提取，获取提取结果，基于所述提取结果确定目标复合材料桥架支撑结构处的裂纹扩展路径；
第三确定子模块，用于将所述裂纹扩展路径代入到预设数据库中进行匹配，根据匹配结果确定目标复合材料桥架支撑结构处的裂纹扩展特性；
第四确定子模块，用于通过所述裂纹扩展特性确定目标复合材料桥架的随机裂纹分布；
第二计算子模块，用于根据所述裂纹扩展特性确定裂纹扩展参数，将所述裂纹扩展参数输入到预设裂纹衰退速率方程中计算出目标复合材料桥架的裂纹延伸率；
第一评估子模块，用于基于目标复合材料桥架的裂纹延伸率评估出其当前材料强度。
6.根据权利要求5所述复合材料桥架寿命评估系统，其特征在于，所述测试模块，包括：
第一获取子模块，用于在所述目标复合材料桥架选取多个测试点，在每个测试点进行同力度拉伸和压缩性能试验获取该测试点的拉伸应力-应变曲线和压缩应力-应变曲线；
映射子模块，用于将每个测试点的拉伸应力-应变曲线和压缩应力-应变曲线映射为多维度应力数据并将其进行整合以获取目标复合材料桥架的应力测试结果；
第一生成子模块，用于生成每个测试点对应的单点激励信号并将其发射到该测试点上；
第二获取子模块，用于采集每个测试点的反馈信号并对其进行频率解析以确定该测试点的模态参数，将所有测试点的模态参数进行整合以获取目标复合材料桥架的模态测试结果。
7.根据权利要求5所述复合材料桥架寿命评估系统，其特征在于，所述第一确定模块，包括：
提取子模块，用于从所述应力测试结果中提取外部刚度评估指标，同时，从所述模态测试结果中提取内部刚度评估指标；
解析子模块，用于分别利用外部刚度评估指标和内部刚度评估指标各自的刚度解析规则对二者进行刚度解析，获取解析结果；
第一确定子模块，用于根据二者的解析结果确定目标复合材料桥架的内部材料刚度值和外部材料刚度值；
第一计算子模块，用于对所述内部材料刚度值和外部材料刚度值进行加权计算以获取目标复合材料桥架的当前材料刚度。
8.根据权利要求5所述复合材料桥架寿命评估系统，其特征在于，所述评估模块，包括：
第五确定子模块，用于根据目标复合材料桥架的当前材料刚度和当前材料强度确定目标复合材料桥架的累计损伤状态参数；
第三获取子模块，用于基于目标复合材料桥架的累计损伤状态参数获取目标复合材料桥架的当前疲劳寿命相关评估指标项；
第二生成子模块，用于根据目标复合材料桥架的当前疲劳寿命相关评估指标项生成模型输入数据；
第二评估子模块，用于将所述模型输入数据输入到所述预设疲劳寿命评估模型中评估出目标复合材料桥架的剩余寿命系数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310437384.2A CN116628796B (zh) | 2023-04-13 | 2023-04-13 | 一种复合材料桥架寿命评估方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310437384.2A CN116628796B (zh) | 2023-04-13 | 2023-04-13 | 一种复合材料桥架寿命评估方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116628796A CN116628796A (zh) | 2023-08-22 |
| CN116628796B true CN116628796B (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=87590997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310437384.2A Active CN116628796B (zh) | 2023-04-13 | 2023-04-13 | 一种复合材料桥架寿命评估方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116628796B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2423659A1 (en) * | 2010-08-27 | 2012-02-29 | General Electric Company | Methods and systems for assessing residual life of turbomachine airfoils |
| CN103293014A (zh) * | 2013-05-17 | 2013-09-11 | 东南大学 | 一种桥梁疲劳损伤状态与剩余寿命的评估方法 |
| CN108204925A (zh) * | 2016-12-16 | 2018-06-26 | 海口未来技术研究院 | 复合材料的疲劳寿命预测方法及预测系统 |
| CN109858152A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-06-07 | 广州大学 | 一种预测含初始分层损伤复合材料的剩余疲劳寿命的方法 |
-
2023
- 2023-04-13 CN CN202310437384.2A patent/CN116628796B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2423659A1 (en) * | 2010-08-27 | 2012-02-29 | General Electric Company | Methods and systems for assessing residual life of turbomachine airfoils |
| CN103293014A (zh) * | 2013-05-17 | 2013-09-11 | 东南大学 | 一种桥梁疲劳损伤状态与剩余寿命的评估方法 |
| CN108204925A (zh) * | 2016-12-16 | 2018-06-26 | 海口未来技术研究院 | 复合材料的疲劳寿命预测方法及预测系统 |
| CN109858152A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-06-07 | 广州大学 | 一种预测含初始分层损伤复合材料的剩余疲劳寿命的方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Self-healing, reprocessable, degradable, thermadapt shape memory multifunctional polymers based on dynamic imine bonds and their application in nondestructively recyclable carbon fiber composites;Xiaohong Liu 等;Chemical Engineering Journal;20221027;全文 * |
| SMA-CFRP复合加固单边裂纹钢板疲劳性能研究;黄伟哲;中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑;20221115;全文 * |
| 孙崇强 等.基于剩余应变的复合材料结构寿命预测.材料科学与工艺.(第06期),全文. * |
| 放电等离子烧结法制备TiC_SiC复合增强材料的研究;刘小红 等;钢铁钒钛;20211231;第42卷(第6期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116628796A (zh) | 2023-08-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110442973B (zh) | 一种车辆关键零部件的耐久度测试方法、系统及存储介质 | |
| CN103076394B (zh) | 基于振动识别频率和振型综合的海洋平台安全评定的方法 | |
| US9964468B1 (en) | Optimizing sensor placement for structural health monitoring | |
| KR101935558B1 (ko) | 건축물 지진 피해 예측 및 분석 시스템, 방법 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체 | |
| CN106289947B (zh) | 一种轻质高强梁结构损伤识别方法 | |
| KR20170039906A (ko) | 다양한 진동 스펙트럼 패턴에 대응 가능한 주파수 영역의 피로 손상도 계산방법 | |
| US20220018729A1 (en) | Method for monitoring axial loads in structures by identifying natural frequencies | |
| CN112098756B (zh) | 电磁兼容问题定位方法、装置、设备及存储介质 | |
| CN110470738A (zh) | 基于振动响应差比函数的结构损伤识别方法 | |
| CN109781863B (zh) | 基于快速振动测试的结构腐蚀二阶段探测方法及其系统 | |
| Weng et al. | Fully automated and non-contact force identification of bridge cables using microwave remote sensing | |
| CN113688544B (zh) | 一种主被动结合的复合材料损伤定量辨识方法 | |
| RU2699918C1 (ru) | Способ диагностики технического состояния зданий и строительных сооружений | |
| CN116628796B (zh) | 一种复合材料桥架寿命评估方法及系统 | |
| de Menezes et al. | Defect and damage detection in filament wound carbon composite cylinders: a new numerical-experimental methodology based on vibrational analyses | |
| Lagerblad et al. | A methodology for strain-based fatigue damage prediction by combining finite element modelling with vibration measurements | |
| Nam et al. | Improved parameter identification using additional spectral information | |
| CN105784936A (zh) | 一种复合材料板损伤的快速检测方法及系统 | |
| KR101865270B1 (ko) | 다양한 진동 스펙트럼 패턴에 대응 가능한 주파수 영역의 피로 손상도 계산방법 | |
| Vettori et al. | A virtual sensing approach to operational modal analysis of wind turbine blades | |
| John | Sensitivity analysis of residual stresses in composite pressure vessels via modal analysis | |
| Laermann | Assessment of structural integrity and durability—a task of experimental mechanics | |
| Vettori et al. | Kalman-based coupled response-input estimation during environmental tests on the box assembly with removable component structure | |
| CN110287619A (zh) | 一种多轴随机载荷疲劳寿命预测方法 | |
| CN117554762B (zh) | 一种变压器绝缘件老化模型建立方法、介质及系统 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |