一種行車橫梁在線應(yīng)力監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于行車安全監(jiān)控領(lǐng)域，具體設(shè)及一種行車橫梁在線應(yīng)力監(jiān)測與故障診斷 系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，為保證行車的安全運行，大多數(shù)都是采取了行車運行位置監(jiān)測或距離監(jiān)測 的方式，雖然避免了行車運行過程中因運行位置超出極限而帶來的碰撞，但是并沒有解決 行車在超載情況下可能帶來的危險，少數(shù)監(jiān)測應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的方法中，應(yīng)變片的布局方式 也未能確保監(jiān)測到所有可能的負載情況下材料可能出現(xiàn)的疲勞損壞。目前，金屬結(jié)構(gòu)的動 態(tài)應(yīng)力信號采集大多還停留在有線的方式，針對在行車橫梁等難W布置大量屏蔽導(dǎo)線的工 作環(huán)境下，長導(dǎo)線會引入電磁干擾，同時還耗費了大量的人力和時間，不利于遠程監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種行車橫梁在線應(yīng)力監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)及 方法，確保材料在所有負載情況下不出現(xiàn)設(shè)計壽命內(nèi)的疲勞損壞，本發(fā)明能夠在足夠的距 離上將測得的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)通過無線傳輸給報警裝置，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，確保生產(chǎn)安全。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：一種行車橫梁在線應(yīng)力監(jiān)測與 故障診斷系統(tǒng)，其特征在于；它包括設(shè)置在行車橫梁上的多個應(yīng)力傳感器和無線發(fā)射節(jié)點、 無線接收站，W及遠程微型處理器；應(yīng)力傳感器將采集到的應(yīng)力信號傳送至對應(yīng)的無線發(fā) 射節(jié)點，所有的無線發(fā)射節(jié)點再將應(yīng)力信號發(fā)送至無線接收站，無線接收站傳送至遠程微 型處理器；遠程微型處理器用于將應(yīng)力傳感器采集的應(yīng)力信號與對應(yīng)的應(yīng)力闊值相比較；
[0005] 所述的多個應(yīng)力傳感器的位置分布通過雨流計數(shù)法疲勞壽命分析、負載敏感度分 析和局部負載、整體負載下的基于獨立疲勞損壞模式的非相關(guān)負載向量獲得。
[0006] 按上述系統(tǒng)，所述的遠程微型處理器與報警裝置連接，用于在應(yīng)力傳感器采集的 應(yīng)力信號超過對應(yīng)的應(yīng)力闊值時進行報警。
[0007] 按上述系統(tǒng)，所述的多個應(yīng)力傳感器的位置分布及應(yīng)力闊值大小通過W下方法確 定：
[0008] 1)建立行車橫梁結(jié)構(gòu)計算模型，并對行車橫梁施加準(zhǔn)靜態(tài)單位負載；
[0009] 2)設(shè)定疲勞存活率和相關(guān)性閥值；
[0010] 3)通過雨流計數(shù)法進行疲勞壽命分析，獲得時間歷程中的最劣周期；
[0011] 4)基于疲勞損壞的應(yīng)力敏感度分析：
[0012] 所有負載在每個應(yīng)力測量點均有一個對應(yīng)的敏感度值，將敏感度矩陣與最劣周期 向量矩陣進行矩陣向量乘積獲得應(yīng)力敏感度矩陣；
[0013] 5)將整體負載劃分為多個局部負載集，提取每個局部負載集中不相關(guān)負載向量；
[0014] 6)將步驟5)中得到的局部負載集中不相關(guān)負載向量進行累計，提取整體負載中 不相關(guān)負載向量；
[0015] 7)最優(yōu)應(yīng)變片布局方案規(guī)劃：
[0016] W能夠監(jiān)測整體負載中不相關(guān)負載向量為首要條件，并基于遺傳算法同時兼顧應(yīng) 力傳感器安裝便利性和信號干擾因素，從而確定應(yīng)力測量點的位置，即應(yīng)力傳感器的位置 分布方案，并給出相應(yīng)應(yīng)力傳感器的應(yīng)力閥值。
[0017] 按上述系統(tǒng)，所述的1)具體為；建立行車橫梁=維模型，在模型上施加單位負載， 并認為在一個短時間化內(nèi)是靜態(tài)過程，同時忽略慣性力的影響，進行線性彈性有限元分析 獲得基于疲勞壽命的應(yīng)力歷程，針對材料可能出現(xiàn)疲勞損壞的負載處進行同樣的分析處 理，獲得不同幅值載荷在時間歷程下的應(yīng)力歷程。
[0018] 按上述系統(tǒng)，所述的3)具體為；采用雨流計數(shù)法將應(yīng)力歷程對應(yīng)的應(yīng)變歷程轉(zhuǎn)化 成幅值周期，并找到最劣周期，得到第K個最劣周期的負載向量FLk，共Kp個該樣的周期；在 數(shù)量為P的應(yīng)力測量點下，獲得一個大小為P的向量矩陣FLP，包含有KpXP個向量。
[0019] 按上述系統(tǒng)，所述的5)具體為；計算局部負載集在應(yīng)力測量點產(chǎn)生的任意兩個不 同最劣周期的疲勞負載矩陣向量wFLp的相關(guān)性NVC，與設(shè)定的相關(guān)性閥值比較，在NVC大于 相關(guān)性閥值時認為兩個負載向量將產(chǎn)生相同的疲勞損壞模式，棄去其中一個負載向量；而 所有兩兩相乘后NVC小于或等于相關(guān)性閥值的向量都被認為是不相關(guān)向量，被保留下來， 得到矩陣LFL;
[0020] 所述的6)具體為：整體負載情況下，將所有局部負載集在不同應(yīng)力測量點下獲得 的矩陣U^L組成整體疲勞負載矩陣LFLV，再乘敏感度矩陣，獲得的矩陣向量依次兩兩相乘， 得到結(jié)果矩陣，將結(jié)果矩陣與設(shè)定的相關(guān)性閥值比較，得到最終矩陣FFL。；
[0021] iVLg |V(min[各WFC占;，p二 1，2,…，巧)<相關(guān)性閥值仁2 二Ci+K.'.，Z;q二 1,2,…， 0
[0022] -種行車橫梁在線應(yīng)力監(jiān)測與故障診斷方法，其特征在于；它包含W下步驟：
[0023] S1、在行車橫梁上布置多個應(yīng)力傳感器，每個應(yīng)力傳感器作為一個應(yīng)力測量點；所 述的多個應(yīng)力傳感器的位置分布通過雨流計數(shù)法疲勞壽命分析、負載敏感度分析和局部負 載、整體負載下的基于獨立疲勞損壞模式的非相關(guān)負載向量獲得
[0024] S2、應(yīng)力傳感器將采集到的應(yīng)力信號傳送至對應(yīng)的無線發(fā)射節(jié)點，所有的無線發(fā) 射節(jié)點再將應(yīng)力信號發(fā)送至無線接收站，無線接收站傳送至遠程微型處理器；
[0025] S3、遠程微型處理器將應(yīng)力傳感器采集的應(yīng)力信號與對應(yīng)的應(yīng)力闊值相比較，判 斷行車橫梁的安全狀態(tài)。
[0026] 按上述方法，它還包括S4、當(dāng)任意一個應(yīng)力傳感器采集的應(yīng)力信號超過對應(yīng)的應(yīng) 力闊值，則進行報警。
[0027] 按上述方法，所述的多個應(yīng)力傳感器的位置分布及應(yīng)力闊值大小通過W下方法確 定：
[0028] 1)建立行車橫梁結(jié)構(gòu)計算模型，并對行車橫梁施加準(zhǔn)靜態(tài)單位負載；
[0029] 2)設(shè)定疲勞存活率和相關(guān)性閥值；
[0030] 3)通過雨流計數(shù)法進行疲勞壽命分析，獲得時間歷程中的最劣周期；
[0031] 4)基于疲勞損壞的應(yīng)力敏感度分析：
[0032] 所有負載在每個應(yīng)力測量點均有一個對應(yīng)的敏感度值，將敏感度矩陣與最劣周期 向量矩陣進行矩陣向量乘積獲得應(yīng)力敏感度矩陣；
[0033] 5)將整體負載劃分為多個局部負載集，提取每個局部負載集中不相關(guān)負載向量；
[0034] 6)將步驟5)中得到的局部負載集中不相關(guān)負載向量進行累計，提取整體負載中 不相關(guān)負載向量；
[00巧]7)最優(yōu)應(yīng)變片布局方案規(guī)劃：
[0036]W能夠監(jiān)測整體負載中不相關(guān)負載向量為首要條件，并基于遺傳算法同時兼顧應(yīng) 力傳感器安裝便利性和信號干擾因素，從而確定應(yīng)力測量點的位置，即應(yīng)力傳感器的位置 分布方案，并給出相應(yīng)應(yīng)力傳感器的應(yīng)力閥值。
[0037] 按上述方法，所述的1)具體為；建立行車橫梁=維模型，在模型上施加單位負載， 并認為在一個短時間化內(nèi)是靜態(tài)過程，同時忽略慣性力的影響，進行線性彈性有限元分析 獲得基于疲勞壽命的應(yīng)力歷程，針對材料可能出現(xiàn)疲勞損壞的負載處進行同樣的分析處 理，獲得不同幅值載荷在時間歷程下的應(yīng)力歷程；
[0038] 所述的3)具體為；采用雨流計數(shù)法將應(yīng)力歷程對應(yīng)的應(yīng)變歷程轉(zhuǎn)化成幅值周期， 并找到最劣周期，得到第K個最劣周期的負載向量FLk，共Kp個該樣的周期；在數(shù)量為P的 應(yīng)力測量點下，獲得一個大小為P的向量矩陣FLP，包含有KpXP個向量；
[0039] 所述的5)具體為：計算局部負載集在應(yīng)力測量點產(chǎn)生的任意兩個不同最劣周期 的疲勞負載矩陣向量wFLp的相關(guān)性NVC，與設(shè)定的相關(guān)性閥值比較，在NVC大于相關(guān)性閥 值時認為兩個負載向量將產(chǎn)生相同的疲勞損壞模式，棄去其中一個負載向量；而所有兩兩 相乘后NVC小于或等于相關(guān)性閥值的向量都被認為是不相關(guān)向量，被保留下來，得到矩陣 LFL;
[0040] 所述的6)具體為：整體負載情況下，將所有局部負載集在不同應(yīng)力測量點下獲得