[發明專利]一種軋機傳動軸系統關鍵件疲勞壽命預警系統

在審

• 申請號: 201811283035.5
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109359406A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 蘇小平;李智;陳川川;周大雙;滕冬;黎文偉
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭;徐冬濤

1.一種軋機傳動軸系統關鍵件疲勞壽命預警系統，其特征在于它包括：

一數據讀入模塊(1)，該數據讀入模塊(1)用于直接從軋機西門子實時載荷監測系統中讀取多種格式載荷數據；

一材料庫管理模塊(2)，該材料庫管理模塊(2)用于存儲材料特性參數和與結構有關的參數；并在計算疲勞壽命時直接添加新材料信息，且所添加新材料信息將自動被保存在材料庫中以供下次調用；同時也可以直接調用材料庫中已有材料信息；

一應力譜編制模塊(3)，該應力譜編制模塊(3)用于對實時載荷譜進行處理獲得等效應力譜；

一疲勞計算及報告生成模塊(4)，用于進行疲勞計算并生成報告，具體步驟為：

(1)采用修正后的p-S-N曲線，其表達式為：

式中：a_p、b_p為與存活率有關的材料參數；σ_-1為疲勞強度極限；N_p為存活率為p時的疲勞壽命。

(2)采用修正的Miner法則進行疲勞壽命計算，其表示式為：

式中：P_i表示應力級別σ_i的概率；N_i表示單一應力σ_i作用下使材料發生疲勞破壞的應力循環次數，根據修正后的p-S-N曲線計算得到；a表示線性疲勞損傷累計理論修正系數；

(3)得到疲勞壽命循環次數后，為方便使用，將其進行單位轉換；結合現場實際工況，一天工作24小時、一年工作360天，單位轉換公式為：

式中：N表示通過修正Miner法則計算得到在相應載荷譜下的疲勞壽命循環次數；t表示讀取載荷譜長度；n表示以年為單位計的疲勞壽命；

(4)計算完成后直接生成疲勞壽命計算報告，包含零件名稱、讀入載荷譜信息、相關材料參數、等效應力譜編制級數、應力譜最大變程、計算結果等信息，并可以直接打印生成紙質報告；

一幫助模塊(5)，幫助模塊(5)用于提供詳細操作過程及底層算法，并方便調用。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征是所述的載荷數據為電機的實時扭矩。

3.根據權利要求1所述的系統，其特征是所述的材料特性參數包括與存活率有關的參數a_p和b_p、抗拉強度、疲勞極限強度、表面加工系數、表面腐蝕系數以及表面強化系數。

4.根據權利要求1所述的系統，其特征是所述的結構參數包括絕對尺寸系數、應力集中系數以及Miner準則修正系數。

5.根據權利要求1所述的系統，其特征是所述的等效應力譜處理包括如下步驟：

(1)建立所需預警的軋機傳動系統關鍵件的有限元模型，所施加的載荷從實時載荷譜中讀取，通過有限元計算，獲得載荷-應力轉換系數，進而轉換載荷譜為初始應力譜；

(2)對初始應力譜進行濾波去噪。采用三點比較法實現對峰谷值的提取，建立四點濾波算法進行濾波，再通過雨流計數法獲得應力循環的幅值序列和均值序列；

(3)采用古德曼曲線對該應力幅值以及均值進行等效轉換，求得等效應力幅值。將計算得到的等效應力幅值均分為設定的應力等級，統計各等級在所有等效應力幅值中所占的比率，由此得到等效應力幅值譜。等效應力幅值表示為：

式中：S_ei為等效應力；S_ui為構件的抗拉強度極限；S_ai為雨流計數提取循環的應力幅值；S_mi為雨流計數提取循環的應力均值。