[发明专利]一种基于材料模型库的非稳态载荷下轧机传动轴系统关键件疲劳寿命实时监控的方法

权利要求书

1.一种基于材料模型库的非稳态载荷下轧机传动轴系统关键件疲劳寿命实时监控的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一：建立疲劳寿命计算模型库；

分别对轧机传动轴系统的各关键件进行模型建立，获取关键件的载荷值与应力值之间的计算关系，综合分析轧机传动轴系统应用环境和结构影响因素，确定计算各关键件的材料性能参数，进行模型库的搭建，具体为：

(1)模型建立；

在CAD中对轧机传动轴系统图纸文件进行比例尺的转换处理，使得轧机传动轴系统的图纸尺寸与实际零部件尺寸完全匹配；依据处理后的图纸对各关键件进行三维模型的建立，对三维模型进行格式转换，导入可以识别的有限元软件中，进行基于FEM技术的分析处理，建立有限元分析模型；

(2)载荷值与应力值转换系数计算；

基于CAE分析技术对(1)中的有限元模型进行运算分析，获得其应力分布规律，并得到轧机传动轴系统最大轧制力矩下的最大应力值；依据最大应力与所加载载荷的转换关系，进行载荷值与应力值的转换系数计算，将计算结果整理至参数模型库；

(3)材料性能参数的确定；

首先基于试验、相关文献和机械设计手册确定材料的疲劳极限和抗拉强度，再根据材料的疲劳极限和抗拉强度，理论计算确定与存活率即置信度有关的材料参数，通过试验的方法计算获得有效应力集中系数、绝对尺寸系数、表面加工系数和表面强化系数，查机械设计手册确定线性疲劳损伤累计理论修正系数和相应零部件材料在正常空气与腐蚀环境下的表面腐蚀系数；将各零部件对应参数整理至材料模型库；

步骤二：实时数据获取；

通过编程实现从轧机实时载荷监测系统实时连续获取相同时间间隔的现场轧机传动轴系统运行时的载荷谱，载荷谱为DAT数据格式，该DAT数据格式包含文件头、数据文件区和注释文件区；文件头由8696个字节构成，主要包括版本信息、模块名、图名、通道数和存放地址信息的各种文件信息；数据文件区由许多的结构体对象组成，每个结构体对象占据不同字节的内存空间，主要包括各种速度实际值、电流值、温度值、扭矩值和各种标志信息；注释文件区则是相应的文件注释信息；对DAT数据格式文件进行解析，只需获得其中的扭矩载荷数据，并转换成可读的TXT文件；

步骤三：非稳态载荷谱的处理；

获得的实时载荷谱转换成TXT文件格式后，首先根据步骤一(2)中载荷值与应力值的线性关系将载荷谱转化成应力谱，采用三点比较算法在保持载荷历时的前提下进行峰谷值提取；再采用四点滤波算法删除载荷谱中不影响疲劳寿命的小载荷；

步骤四：疲劳寿命计算；

应用雨流计数法对步骤三中处理后的应力谱进行统计计算以编制出等效应力谱，基于修正的Miner法则进行部件的疲劳寿命计算。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤一中的模型库是包含轧机传动轴系统的三维模型、有限元模型和各关键件材料参数的数模库。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤一(1)中的图纸文件是图片格式的没有具体尺寸或尺寸不完整的轧机传动轴系统的装配图图纸。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤一(1)中格式转换是指将建立零部件三维模型的软件自带格式转换成有限元软件能识别的格式。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤一(1)中基于FEM技术包括单元剖分、单元分析和求解近似变分方程。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤一(1)中建立有限元分析模型包括模型简化、选择单元、定义单元特性、网格划分、定义材料、属性和边界条件。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤一(2)中基于CAE分析技术是针对轧机传动轴系统关键件疲劳寿命计算进行的静力学仿真分析；由此获得轧机传动轴系统各部件的应力集中点和最大应力值。