專利名稱：橋式起重機(jī)當(dāng)量載荷譜獲取及疲勞剩余壽命估算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于起重機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種橋式起重機(jī)當(dāng)量載荷譜的獲取方法及疲勞剩余壽命估算方法，它適用于通用橋式起重機(jī)當(dāng)量載荷譜的獲取及其箱形主梁疲勞剩余壽命估算，它也可適用于其它類型起重機(jī)當(dāng)量載荷譜的獲取及疲勞剩余壽命估算。
背景技術(shù)：
起重機(jī)械在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著不可或缺的重要作用，是重大技術(shù)裝備行業(yè)中的特種設(shè)備，一旦發(fā)生事故，經(jīng)濟(jì)損失慘重、社會(huì)影響惡劣。尤其近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多國(guó)家和地區(qū)， 相繼發(fā)生起重機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)突然性斷裂和失效事件，而造成這類事故的主要原因之一是疲勞斷裂破壞。因此，各國(guó)政府和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)起重機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行定壽、延壽的研究空前重視。解決起重機(jī)定壽、延壽的先決條件是獲取能反映起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)真實(shí)使用情況的具有代表性的典型載荷——時(shí)間歷程，即載荷譜。目前起重機(jī)載荷譜的獲取主要有二種方法一是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，即通過(guò)直接測(cè)試得到起重機(jī)的載荷——時(shí)間歷程(載荷譜)，這不僅需要消耗大量的人力物力，而且由于起重機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)承受變化的重復(fù)載荷，每次實(shí)測(cè)的結(jié)果均不相同，這種隨機(jī)性和不確定性，導(dǎo)致無(wú)法將實(shí)測(cè)結(jié)果直接應(yīng)用于理論分析與工程實(shí)踐； 二是應(yīng)用傳統(tǒng)回歸方法，傳統(tǒng)回歸方法基本上可以找到起升載荷與工作循環(huán)次數(shù)的大致關(guān)系，但傳統(tǒng)回歸(擬合)方式是建立在一定量數(shù)學(xué)解析關(guān)系基礎(chǔ)上的相對(duì)準(zhǔn)確的表述，而起重機(jī)的具體實(shí)際工況隨機(jī)性很強(qiáng)，很難用一個(gè)確定的數(shù)學(xué)解析關(guān)系式來(lái)表示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有方法存在的因現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)條件所限、難以實(shí)施大量實(shí)際載荷譜實(shí)測(cè)和難以用一個(gè)確定的數(shù)學(xué)解析關(guān)系式來(lái)表示起重機(jī)當(dāng)量載荷譜的隨機(jī)性變化趨勢(shì)的技術(shù)難題，并提供一種方便獲取當(dāng)量載荷譜、有效估算起重機(jī)主梁疲勞剩余壽命的基于支持向量機(jī)的橋式起重機(jī)當(dāng)量載荷譜獲取方法及疲勞剩余壽命估算方法。本發(fā)明具體公開(kāi)了一種橋式起重機(jī)當(dāng)量載荷譜的獲取方法，包括下列步驟
1)建立支持向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型
建立輸入樣本由額定起升載荷和起升載荷構(gòu)成的兩維向量、輸出樣本為工作循環(huán)次數(shù)、核函數(shù)為高斯徑向基核函數(shù)的支持向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型；
2)獲取學(xué)習(xí)樣本
以橋式起重機(jī)的額定起升載荷和起升載荷作為學(xué)習(xí)樣本的輸入，對(duì)應(yīng)該起重機(jī)一額定起升載荷的不同起升載荷在一個(gè)工作時(shí)段內(nèi)的工作循環(huán)次數(shù)作為學(xué)習(xí)樣本的希望輸出，獲取學(xué)習(xí)樣本，并將額定起升載荷值至少均分成 JV份對(duì)學(xué)習(xí)樣本進(jìn)行分級(jí)；
3)訓(xùn)練支持向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)
把步驟2)得到的學(xué)習(xí)樣本歸一化，并隨機(jī)分為訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本，訓(xùn)練由步驟1)確定的支持向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型；
4)起重機(jī)當(dāng)量載荷譜的獲取
將需要估算疲勞剩余壽命的通用橋式起重機(jī)的額定起升載荷和至少?zèng)r級(jí)不同起升載荷輸入到步驟3)訓(xùn)練好的支持向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)，即可獲取該起重機(jī)的當(dāng)量載荷譜。
其中，步驟1)中的所述高斯徑向基核函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種橋式起重機(jī)當(dāng)量載荷譜的獲取方法，其特征在于包括下列步驟1)建立支持向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型建立輸入樣本由額定起升載荷和起升載荷構(gòu)成的兩維向量、輸出樣本為工作循環(huán)次數(shù)、核函數(shù)為高斯徑向基核函數(shù)的支持向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型；2)獲取學(xué)習(xí)樣本以橋式起重機(jī)的額定起升載荷和起升載荷作為學(xué)習(xí)樣本的輸入，對(duì)應(yīng)該起重機(jī)一額定起升載荷的不同起升載荷在一個(gè)工作時(shí)段內(nèi)的工作循環(huán)次數(shù)作為學(xué)習(xí)樣本的希望輸出，獲取學(xué)習(xí)樣本，并將額定起升載荷值至少均分成 iV份對(duì)學(xué)習(xí)樣本進(jìn)行分級(jí)；3)訓(xùn)練支持向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)把步驟2)得到的學(xué)習(xí)樣本歸一化，并隨機(jī)分為訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本，訓(xùn)練由步驟1)確定的支持向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型；4)起重機(jī)當(dāng)量載荷譜的獲取將需要估算疲勞剩余壽命的通用橋式起重機(jī)的額定起升載荷和至少雙級(jí)不同起升載荷輸入到步驟3)訓(xùn)練好的支持向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)，即可獲取該起重機(jī)的當(dāng)量載荷譜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋式起重機(jī)當(dāng)量載荷譜的獲取方法，其特征在于步驟 1)中的所述高斯徑向基核函數(shù)為- -) = eKP(—丨I 丨丨)(ι)式中，A 一輸入向量！，( € Rs(β= 2,1=1,2,..1. i為樣本個(gè)數(shù)))， &-一輸入向量j , ( ' € Rs(n = 2, J=1,2J. I為樣本個(gè)數(shù))),σ—核函數(shù)寬度系數(shù)，III 一表示向量的模。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種橋式起重機(jī)當(dāng)量載荷譜的獲取方法，其特征在于 步驟3)中支持向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練過(guò)程為3. 1)通過(guò)一個(gè)非線性映射識(shí)，按照式(2)的超平面函數(shù)，將數(shù)據(jù)樣本集(Ui)的輸入空間映射到高維特征空間其中^ef為輸入變量的值，乃e A為相應(yīng)的輸出變量值5 為實(shí)數(shù)域，《為維數(shù)J = 1，2，…，/ . /為樣本個(gè)數(shù)，7=/0,w) = (w·襖均)+i(2)式中，χ—與、具有相同維數(shù)的要預(yù)測(cè)的輸入向量， —與 具有相同維數(shù)的要預(yù)測(cè)的輸出向量，w — weH為高維特征空間/f的權(quán)向量，爐一輸入空間鏟到高維特征空間/f的非線性映射， 一iei 為閾值， Θ表示內(nèi)積；·3. 2)應(yīng)用SMO算法求解式(5)，解出4
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種橋式起重機(jī)當(dāng)量載荷譜的獲取方法，其特征在于在所述步驟3)中，用網(wǎng)格法確定支持向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型的敏感系數(shù)· 懲罰因子以及核函數(shù)寬度系數(shù)σ的最佳參數(shù)組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種橋式起重機(jī)當(dāng)量載荷譜的獲取方法，其特征在于，所述確定最佳參數(shù)組合的方法為(i)隨機(jī)取出某一額定起升載荷的數(shù)據(jù)樣本作為測(cè)試樣本，其余樣本作為訓(xùn)練樣本；(ii)在訓(xùn)練樣本下，代入一組參數(shù)fCσ，用SMO算法求解式(5)，解出％<，J3按式(3)的約束條件按等號(hào)求出，建立當(dāng)前參數(shù)ff C σ下的映射模型式(6)；(iii)用訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本對(duì)模型式(6)進(jìn)行擬合和測(cè)試，評(píng)價(jià)模型的擬合誤差和測(cè)試誤差；(iv)記錄誤差最小的參數(shù)組合，判斷所有參數(shù)組合是否測(cè)試結(jié)束，是，結(jié)束測(cè)試；否則， 轉(zhuǎn)步驟(i)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種橋式起重機(jī)當(dāng)量載荷譜的獲取方法，其特征在于，在最佳參數(shù)組合下訓(xùn)練支持向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的一種橋式起重機(jī)當(dāng)量載荷譜的獲取方法，其特征在于所述況=8。
8.一種橋式起重機(jī)主梁疲勞剩余壽命估算方法，其特征在于包括下列步驟1)采用通過(guò)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法獲取的橋式起重機(jī)的當(dāng)量載荷譜，計(jì)算該起重機(jī)主梁跨中危險(xiǎn)截面的疲勞應(yīng)力譜；2)從疲勞應(yīng)力譜中提取各級(jí)應(yīng)力幅、各級(jí)應(yīng)力幅的循環(huán)次數(shù)及總循環(huán)次數(shù)；3)根據(jù)Miner疲勞損傷應(yīng)力幅等效公式計(jì)算出該疲勞應(yīng)力譜的等效應(yīng)力幅Ow；4)將等效應(yīng)力幅值^ 代入計(jì)算金屬構(gòu)件疲勞剩余壽命的計(jì)算公式，即可估算出起重機(jī)主梁的疲勞剩余壽命。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種橋式起重機(jī)當(dāng)量載荷譜的獲取方法，包括下列步驟1)建立支持向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型；2)獲取學(xué)習(xí)樣本；3)訓(xùn)練支持向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)；4)起重機(jī)當(dāng)量載荷譜的獲取。通過(guò)獲得的當(dāng)量載荷譜來(lái)估算橋式起重機(jī)主梁的疲勞剩余壽命。本發(fā)明不必尋求建立額定起升載荷和起升載荷與對(duì)應(yīng)工作循環(huán)次數(shù)間的復(fù)雜難為的解析關(guān)系式，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、有效快捷的特點(diǎn)，能夠大大節(jié)省起重機(jī)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的煩瑣過(guò)程和大量投入。
文檔編號(hào)G06K9/62GK102324040SQ20111026705
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者徐格寧, 楊恒, 渠曉剛, 范小寧, 陸鳳儀 申請(qǐng)人:太原科技大學(xué)