[发明专利]多轴载荷下机械零部件疲劳寿命监测传感器及设计方法

说明书

一种多轴载荷下机械零部件疲劳寿命监测传感器及设计方法，能够搭配疲劳寿命箔实现机械零部件的疲劳寿命状态，属于机械结构疲劳监测技术领域。通过布置在机械零部件表面的疲劳寿命监测传感器安装脚与固定支座承受零件表面的多轴应力，通过每个承载悬臂上的疲劳寿命箔实时承受结构表面单向应力，将机械零件表面循环加载历程实时转化为疲劳寿命箔的电阻累积变化量，并通过本发明提出的多轴疲劳寿命监测模型，根据监测到的每个承载悬臂上疲劳寿命箔的电阻累积变化量获得机械零部件被测位置的多轴疲劳寿命状态，利用无线节点传输至计算机监控平台，即使反馈给工作人员，准确地评估结构健康状态，防止突发事故发生，确保机械设备安全工作。

技术领域

本发明涉及一种多轴载荷下机械零部件局部剩余疲劳寿命监测传感器及其设计方法，属于机械结构疲劳监测技术领域。

背景技术

疲劳是指结构受到循环载荷作用时，结构的某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环周次后形成裂纹甚至完全断裂的现象。机械结构疲劳寿命监测问题一直是机械领域的重要课题，复杂机械系统的失效，例如飞机发动机、汽车、核电站、大型隧道掘进机等的事故，会引起重大的伤亡、巨大的经济损失以及环境破坏，据统计，50％-90％的机械结构破坏是由疲劳损伤引起，因此，如何有效的监测工程结构的剩余疲劳寿命显得尤为重要。

目前，对于结构疲劳监测大多通过传统应变传感器长期实时监测机械零部件表面应变情况，并对监测数据定期分析计算以此得到结构的疲劳寿命，这种方法大多只适应单轴疲劳寿命预测，且所用到的监测系统庞大复杂，存在较多的数据传递环节，预测精度低、实时性与工程适应性差，难以及时反馈给工作人员机械设备的疲劳寿命状态。疲劳寿命箔是一种具有电阻累积功能的特殊应变片，可以通过电阻的累积变化值反映出结构的循环加载历程，从而实现零件的疲劳损伤及剩余寿命监测，但目前疲劳寿命箔对工程结构疲劳寿命监测的研究大多局限于单轴疲劳寿命监测领域，在承受多轴载荷的零件上难以应用。

基于以上情况，本发明提出一种多轴加载机械零部件局部剩余疲劳寿命监测传感器及其设计方法，可以在服役机械设备上长期监测零部件的疲劳寿命状态。采用多片疲劳寿命箔组合的方式实现结构多轴疲劳损伤状态监测的目的，解决了当前疲劳寿命箔只能进行单轴寿命预测的问题，拓宽了疲劳寿命箔应用领域；提出了一种寿命监测传感器结构设计模型，可以结合工程结构载荷特征灵活调整传感器结构形式；提出一种结构多轴疲劳寿命监测模型，可以根据疲劳寿命箔电阻的累积变化实时获取结构累积疲劳损伤与剩余疲劳寿命，确保机械设备安全可靠的工作，具有很好的实时性与实用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多轴加载条件下机械零部件剩余疲劳寿命监测传感器，实现对服役机械零部件的多轴疲劳寿命状态实时监测。利用疲劳寿命监测传感器的安装脚与固定支座承受零件表面的多轴应力，通过每个承载悬臂上的疲劳寿命箔实时承受结构表面单向应力，将机械零件表面循环加载历程实时转化为疲劳寿命箔的电阻累积变化量，并通过本发明提出的多轴疲劳寿命监测模型，根据监测到的每个承载悬臂上疲劳寿命箔的电阻累积变化量获得机械零部件被测位置的多轴疲劳寿命状态，利用无线节点传输至计算机监控平台，即使反馈给工作人员，准确地评估结构健康状态，防止突发事故发生，确保机械设备安全工作。

本发明的技术方案：

一种多轴加载机械零部件剩余疲劳寿命监测传感器，包括承载悬臂A、固定支座B、支座端盖C、无线节点D、疲劳寿命箔E；

所述的承载悬臂A上固定约束端设有一体结构的弧形滑动槽F，自由端设有悬臂安装脚G和螺栓孔H，悬臂上表面中心处粘贴有疲劳寿命箔E；

所述的固定支座B上开设三个不贯通的螺栓孔I和环形滑动槽J；

所述的支座端盖C上设有三个一体结构的限位块K并开设三个贯通的螺栓孔L，支座端盖C上表面粘贴有无线节点D。