[發明專利]多點表面應力監測的應力場重構與損傷評估方法及系統有效
| 申請號： | 202110021975.2 | 申請日： | 2021-01-08 |
| 公開（公告）號： | CN112834093B | 公開（公告）日： | 2022-02-11 |
| 發明（設計）人： | 周偉;張港麗;梁習鋒;魯寨軍;肖合婷;彭勇;方聰聰;吳依桐 | 申請（專利權）人： | 中南大學 |
| 主分類號： | G01L1/24 | 分類號： | G01L1/24 |
| 代理公司： | 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213 | 代理人： | 鄧宇 |
| 地址： | 410083 *** | 國省代碼： | 湖南;43 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 多點 表面 應力 監測 力場 損傷 評估 方法 系統 | ||
1.一種多點表面應力監測的應力場重構與損傷評估方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟S1、獲取待測的目標架構的幾何參數和材料參數，根據所述幾何參數和材料參數建立該待測目標架構的三維模型；
步驟S2、通過數值仿真獲取單個荷載下最大結構應力點位置，根據所述最大結構應力點位置合理布設表面應力監測點，并在各表面應力監測點布設傳感器分別采集各點表面應力；
步驟S3、通過數值仿真獲取得到各表面應力監測點結構表面應力與外部所有載荷之間的第一重構系數矩陣，以及各評估點處結構應力與共同作用的外部所有載荷之間與六分量相對應的第二重構系數矩陣；根據所述第一重構系數矩陣、第二重構系數矩陣建立多元載荷與結構應力場重構理論模型，所述評估點包括單個荷載下最大結構應力點和所有載荷源同時作用下的最大結構應力點；
步驟S4、獲取各所述傳感器分別采集的各點表面應力數據，將相應采集數據代入所述多元載荷與結構應力場重構理論模型求解重構后的各評估點處結構應力；
步驟S5、根據重構后的各評估點處結構應力進行所述目標架構的疲勞損傷及疲勞壽命分析。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述目標架構為轉向架架構。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述幾何參數包括：側梁、橫梁、縱向連接梁、橫向減振器安裝座、垂向減振器安裝座及各部件安裝座幾何尺寸；所述材料參數包括：鋼板及橫梁鋼管屈服極限、抗拉強度、屈服許用應力、母材疲勞許用應力、打磨焊縫疲勞許用應力、非打磨焊縫疲勞許用應力、轉向架載荷。
4.根據權利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，建立多元載荷與結構應力場重構模型包括：
步驟S31、構架載荷源記為F1、F2、…、FN，每一類載荷在實際運用過程中的載荷能力極限分別記為F1MAX、F2MAX、…、FNMAX；純F1載荷作用下，結構表面應力最大點記為SURF1#，最大結構應力點記為STRU1#；依此類推，純FN載荷作用下，結構表面應力最大節記為SURFN#，最大結構應力點記為STRUN#；
步驟S32、考慮所有載荷源的耦合作用，當所有載荷源同時作用、且各載荷源均達到能力邊界時，確定最大結構應力點記為STRUALL#；
步驟S33、F1載荷作用下，通過多級加載建立載荷F1與表面應力之間的數學表征：
SF1F1_SURF＝CF1F1_SURF·F1
SF1F2_SURF＝CF1F2_SURF·F1
…
SF1FN_SURF＝CF1FN_SURF·F1
SF1F1_SURF、SF1F2_SURF、…、SF1FN_SURF分別表示載荷F1作用下，N個監測點SURF1#～SURFN#表面應力響應；
并建立載荷F1與結構應力之間的數學表征：
SF1F1_STRU＝CF1F1_STRU·F1
SF1F2_STRU＝CF1F2_STRU·F1
…
SF1FN_STRU＝CF1FN_STRU·F1
SF1ALL_STRU＝CF1ALL_STRU·F1
SF1F1_STRU、SF1F2_STRU、…、SF1FN_STRU及SF1ALL_STRU分別表示載荷F1作用下，N+1個評估點STRU1#～STRUN#及STRUALL#的結構應力響應；
依此類推，FN載荷作用下，通過多級加載建立載荷FN與表面應力之間的數學表征為：
SFNF1_SURF＝CFNF1_SURF·FN
SFNF2_SURF＝CFNF2_SURF·FN
…
SFNFN_SURF＝CFNFN_SURF·FN
FN載荷作用下，通過多級加載建立載荷FN與結構應力之間的數學表征為：
SFNF1_STRU＝CFNF1_STRU·FN
SFNF2_STRU＝CFNF2_STRU·FN
…
SFNFN_STRU＝CFNFN_STRU·FN
SFNALL_STRU＝CFNALL_STRU·FN
式中，SFNF1_SURF、SFNF2_SURF、…、SFNFN_SURF分別表示載荷FN作用下，N個監測點SURF1#～SURFN#表面應力響應；SFNF1_STRU、SFNF2_STRU、…、SFNFN_STRU及SFNALL_STRU分別表示載荷FN作用下，N+1個評估點STRU1#～STRUN#及STRUALL#的結構應力響應；
步驟S34、對于每一個表面應力監測點，實際表面應力由各載荷源激勵在該監測點位置、方向引起的表面應力組成，因此有：
SF1_SURF＝SF1F1_SURF+SF2F1_SURF+…+SFNF1_SURF
SF2_SURF＝SF1F2_SURF+SF2F2_SURF+…+SFNF2_SURF
…
SFN_SURF＝SF1FN_SURF+SF2FN_SURF+…+SFNFN_SURF
式中，SF1_SURF、SF2_SURF、…、SFN_SURF分別表示在所有外部載荷源激勵下，N個監測點SURF1#～SURFN#表面應力響應；表示為矩陣形式為：
上式中，等式左邊為實測結構表面應力，右邊為表面應力-多元載荷重構系數矩陣，通過矩陣求逆即可得到多載荷源的解算值，即：
對于N+1個評估點，其結構應力由各載荷源在該評估點位置引起的結構應力組成，有：
SF1_STRU＝SF1F1_STRU+SF2F1_STRU+…+SFNF1_STRU
SF2_STRU＝SF1F2_STRU+SF2F2_STRU+…+SFNF2_STRU
…
SFN_STRU＝SF1FN_STRU+SF2FN_STRU+…+SFNFN_STRU
SALL_STRU＝SF1ALL_STRU+SF2ALL_STRU+…+SFNALL_STRU
SF1_STRU、SF2_STRU、…、SFN_STRU及SFNALL_STRU分別表示在所有外部載荷源激勵下，N+1個評估點STRU1#～STRUN#及STRUALL#的結構應力響應；表示為矩陣形式為：
聯立，得到多元載荷與結構應力場重構理論模型為：
式中，j＝xx,yy,zz,xy,yz,zx的六分量，因此，等效應力的理論計算公式為：
SSTRU_xx、SSTRU_yy、SSTRU_zz、SSTRU_xy、SSTRU_yz、SSTRU_zx分別代表結構沿x、y、z方向正應力和xy、yz、zx平面剪切應力，其方向與第一主應力方向相同；其中，行車方向為縱向x向，車軸軸線方向為橫向y向，垂直軌面方向為垂向z向；
其中，即為所述第一重構系數矩陣，即為所述第二重構系數矩陣。
5.一種多點表面應力監測的應力場重構與損傷評估系統，包括存儲器、處理器以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序時實現上述權利要求1至4任一所述方法的步驟。
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