[发明专利]一种基于概率累积损伤的疲劳寿命实时预测方法

摘要

一种基于概率累积损伤的疲劳寿命实时预测方法，该方法基于概率累积损伤的疲劳寿命实时预测系统实现，该系统包括传感器模块、信号采集系统、滤波模块以及改进的雨流计数模块；信号采集系统与被测对象传感器模块连接，采集载荷变化量；滤波模块与信号采集系统连接，对采集信号中无效波进行有效滤除；雨流计数模块与滤波模块连接，对采集的有效信号进行循环提取与计数，输出当前应力幅值以及对应的循环次数，并计算出当前寿命损耗。该计数方法适用于曲轴、汽轮机转子、地铁车辆转向架、风力机叶片等旋转构件疲劳寿命预测，还可预测风光储能发电系统、离网型复合能源系统中储能系统的使用寿命，应用范围广。

主权项

一种利用疲劳寿命实时预测系统进行的一种基于概率累积损伤的疲劳寿命实时预测方法，该系统包括传感器模块、信号采集系统、滤波模块以及改进的雨流计数模块；信号采集系统与被测对象传感器模块连接，用以采集构件载荷的变化量；滤波模块与信号采集系统连接，用以对采集信号中无效波进行有效滤除；雨流计数模块与滤波模块连接，用以对采集的有效信号进行循环提取与计数，输出循环幅值以及对应的循环次数，并计算出当前寿命损耗；其特征在于：该方法包括以下步骤，首先定义三个缓存区，分别为中间区、波峰区和波谷区；中间区包括组成相同斜率的最高点和组成相反斜率的最低点；斜率的最高点或最低点判断原则为，读取3个连续构件的疲劳损伤数据点s1、s2和s3，选取最低点s2，定义s2＜s1且s2＜s3或最高点s2，s2＞s1且s2＞s3；所述的中间区存入两个数据点时，将该两个数据点进行比较，较大的数据存入波峰区，较小的数据存入波谷区，完成波峰区或波谷区的初始化；实时更新中间区，使该中间区在每一采样时刻保持两个数据点，并将新进入的数据与前一个数据进行比较，若大于前一个数据，则存入波峰区；否则存入波谷区；所述的波峰区，当新的数据进入时，与波峰区已存在的数据进行比较，判断是否满足循环提取；在波峰区，若新数值大于旧数值，则将新数值存入波峰区，并判断波谷区数据点的个数；如果波谷区仅一个元素存在，则满足半循环计数条件，循环幅值为波谷区元素和波峰区旧数值差的绝对值；旧数值从波峰区移除，新数值替换旧数值位置；如果波谷区大于一个元素存在时，则满足全循环计数条件，循环幅值为波谷区新数值和波峰区旧数值差的绝对值；波峰区旧数值从波峰区移除，波谷区新数值从波谷区移除；若新数值不大于旧数值，不满足计数条件，将新数值存入波峰区，不删除旧数值；所述的波谷区，若新数值进入波谷区，与波谷区旧数据进行比较；若新数值小于旧数值，则将新数值存入波谷区，并判断波峰区数据点的个数；如果波峰区仅一个元素存在，则满足半循环计数条件，循环幅值为波谷区元素和波峰区旧数值差的绝对值；旧数值从波谷区移除，新数值替换旧数值位置；如果波峰区大于一个元素存在时，则满足全循环计数条件，循环幅值为波峰区新数值和波谷区旧数值差的绝对值；波峰区新数值从波峰区移除，波谷区旧数值从波谷区移除；若新数值不小于旧数值，不满足计数条件，将新数值存入波谷区，不删除旧数值；所述的中间区、波峰区和波谷区，在每一采样时刻进行实时更新，并判断当前的新数据进入的区域，在波峰区或波谷区，进行判断计数和循环提取；所述的循环幅值，在每一采样时刻进行更新；所述的全循环计数条件，包括组成相同斜率的最高点和组成相反斜率的最低点，即在雨滴流动过程中，凡是遇到从上流下来的雨滴就停止，满足雨流计数条件；所述的半循环计数条件，包括组成相同斜率的最高点或组成相反斜率的最低点；所述的波峰区中新数值大于旧数值，即起始于波峰的雨滴遇到比该峰更高的峰便停止；所述的波谷区中新数值小于旧数值，即起始于波谷的雨滴遇到比它更低的谷值时便停止，符合雨流计数条件；机械结构疲劳寿命估算采用Miner线性累积损伤定律计算，整个应力谱的疲劳寿命损耗式中，Nfi为疲劳曲线上循环应力幅对应的全循环失效次数；Nhi为疲劳曲线上该循环应力幅对应的半循环失效次数；n、k分别为全循环失效次数和半循环失效次数；疲劳寿命损耗L在每一采样时刻进行更新，输出当前损耗的数值。