[發明專利]一種基于物聯網的結構構件疲勞壽命管理系統及應用

有效

• 申請號: 202011556402.1
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112763104B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 趙挺生;張充;朱水元;張偉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;武漢華中科大土木工程檢測中心
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 王敏鋒

1.一種基于物聯網的結構構件疲勞壽命管理系統，包括物理層、邊緣層、傳輸層、應用層；

物理層：包括結構構件、振弦式傳感器，所述振弦式傳感器預安裝在結構構件主肢內側，所述結構構件烙印有立體二維碼，該立體二維碼是所述結構構件在出廠時基于該結構構件的規格型號信息、安全壽命信息及對應預安裝的振弦式傳感器的ID信息生成的唯一編碼，該立體二維碼對應的規格型號信息、安全壽命信息、振弦式傳感器的ID信息被存儲在云平臺中；

邊緣層：包括通信模塊，每個振弦式傳感器信號連接一個通信模塊，各通信模塊通過傳輸層向應用層傳輸各振弦式傳感器實時采集的應變量ε；

應用層：包括云平臺、本地服務器，所述結構構件在第g次項目使用時通過掃描立體二維碼，使本地服務器從云平臺導入立體二維碼對應的信息并編制k個序號，本地服務器根據應變量ε、規格型號信息、安全壽命信息計算結構構件的以下信息：

應力循環的實時值σ＝ε×v，應力循環的峰值σ_max，應力循環的谷值σ_min，應力幅平均應力

荷載效應S＝ε×v×E；

各級荷載效應下結構構件破壞需要的疲勞循環次數N_i，i為本地服務器給各結構構件編制的序號，當應力幅σ_n小于界限應力σ₁時，為高周疲勞，該荷載效應下結構構件的疲勞循環次數N_i采用名義應力法進行計算，依賴結構構件所對應的應力-壽命曲線，當應力幅σ_n大于界限應力σ₁時，為低周轉疲勞，該荷載效應下結構構件的疲勞循環次數N_i采用局部應力-應變法進行計算，依賴結構構件所對應的應變-壽命曲線；

結構構件在各級荷載效應下經歷應力循環的次數n′_i：應力幅σ_n小于能夠產生疲勞損傷的應力閾值σ_t時，不對應力循環次數n′_i進行累加，當應力幅σ_n大于應力閾值σ_t時，對應力循環次數n′_i進行累加；

疲勞損傷

所述云平臺根據本地服務器計算得到的疲勞損傷D_j更新剩余疲勞壽命j表示結構構件在第g次項目使用之前的使用次數的編號；

所述規格型號信息包括結構構件的生產廠家、使用等級型號、截面積v、彈性模量E，所述安全壽命信息包括結構構件對應的標準件的應力循環極限次數、應力－壽命曲線、應變-壽命曲線、疲勞損傷的應力閾值σ_t、界限應力σ₁、剩余疲勞壽命P。

2.根據權利要求1所述的疲勞壽命管理系統，其特征在于，所述傳輸層包括以太網、中繼站點，所述通信模塊包括4G傳輸模塊、WiFi傳輸模塊，所述4G傳輸模塊通過以太網與云平臺通信連接，WIFI傳輸模塊通過中繼站點通信連接本地服務器，所述本地服務器與以太網、中繼站點、云平臺通信連接。

3.如權利要求1～2任一項所述的疲勞壽命管理系統在查詢結構構件疲勞損傷中的應用，其特征在于，步驟如下：通過掃描結構構件的立體二維碼向云平臺提出查詢申請，再由云平臺將該結構構件的規格型號信息、安全壽命信息、振弦式傳感器的ID信息，以及包括服役項目、服役時間、疲勞損傷D_j、剩余疲勞壽命P全部發送至本地服務器。

4.如權利要求1～2任一項所述的疲勞壽命管理系統在結構構件管理中的應用，其特征在于，步驟如下：基于施工周期預估擬施工項目中擬使用的結構構件將產生的預估疲勞損傷D_B，擬施工項目的本地服務器通過云平臺對結構構件按以下規則進行選用：

結構構件的剩余疲勞壽命P大于預估疲勞損傷D_B時被選用進入擬施工項目服役。

5.如權利要求1～2任一項所述的疲勞壽命管理系統在結構構件管理中的應用，其特征在于，管理部門的本地服務器通過云平臺查詢結構構件的規格型號信息、安全壽命信息、振弦式傳感器的ID信息，以及包括服役項目、服役時間、疲勞損傷D_j、剩余疲勞壽命P，當結構構件的剩余疲勞壽命P低于安全標準規定的限值時，管理人員依照程序對該結構構件進行報廢處理。