一种岸桥结构的疲劳监测方法和寿命预测方法

摘要

本发明涉及设备性能监测技术领域中的一种岸桥结构的疲劳监测方法和寿命预测方法，包括以下步骤：建立岸桥模型，并分析岸桥的宏观受力数据，得到第一应力点集合；建立有限元分析模型，将第一应力点集合输入有限元分析模型，得到第二应力点集合；制定数据采集方案，并获取实际受力数据；获取岸桥的时间段操作数据，得到历史仿真数据，将历史仿真数据输入有限元分析模型，得到模型仿真受力数据；根据实际受力数据验证模型仿真受力数据的可靠性，并对岸桥模型和有限元分析模型进行修正；根据修正后的有限元分析模型得到岸桥的修正模型仿真受力数据，并生成应力谱，具有准确性高的优点，突破了传统疲劳监测方法所得的疲劳监测不准确的瓶颈。

权利要求

1.一种岸桥结构的疲劳监测方法，其特征在于，包括以下步骤：根据岸桥的结构图纸和运行数据建立岸桥模型，并根据所述岸桥模型分析岸桥的宏观受力数据，得到第一应力点集合；

建立有限元分析模型，并将所述第一应力点集合输入有限元分析模型，得到第二应力点集合；

根据所述第二应力点集合制定数据采集方案，并根据数据采集方案获取实际受力数据；

获取岸桥的时间段操作数据，并根据时间段操作数据得到历史仿真数据，将所述历史仿真数据输入有限元分析模型，得到岸桥在每个操作周期内的模型仿真受力数据；

根据所述实际受力数据验证模型仿真受力数据的可靠性，并对岸桥模型和有限元分析模型进行修正；

根据修正后的有限元分析模型得到岸桥的修正模型仿真受力数据，并根据修正模型仿真受力数据生成应力谱。

2.根据权利要求1所述的一种岸桥结构的疲劳监测方法，其特征在于，建立岸桥模型，并根据所述岸桥模型分析岸桥的宏观受力数据，得到第一应力点集合，包括以下步骤：获取岸桥的结构图纸以及运行数据，并根据所述结构图纸构建岸桥模型；

将所述运行数据输入岸桥模型，并在完成运行数据输入后，输出岸桥的宏观受力数据，得到第一应力点集合。

3.根据权利要求1所述的一种岸桥结构的疲劳监测方法，其特征在于，建立有限元分析模型，将所述第一应力点集合输入有限元分析模型，得到第二应力点集合，包括以下步骤：获取岸桥的结构图纸，并根据所述结构图纸构建有限元分析模型；

将第一应力点集合输入有限元分析模型，并根据有限元分析模型获取节点应力集中点；

根据应力集中点的密集度以及应力幅值划定危险区域，得到第二应力点集合。

4.根据权利要求1所述的一种岸桥结构的疲劳监测方法，其特征在于，根据所述第二应力点集合制定数据采集方案，包括以下步骤：根据所述第二应力点集合确定若干采集安装部位，并在若干所述采集安装部位上均安装传感器；

获取每组所述传感器采集的各个采集安装部位的实际受力数据，其中所述实际受力数据包括应力数据、位移数据以及速度数据。

5.根据权利要求4所述的一种岸桥结构的疲劳监测方法，其特征在于，根据所述第二应力点集合制定数据采集方案，还包括以下步骤：根据所述应力数据、位移数据以及速度数据生成实际应力‑位移云图。

6.根据权利要求1所述的一种岸桥结构的疲劳监测方法，其特征在于，获取岸桥的时间段操作数据，并根据时间段操作数据得到历史仿真数据，包括以下步骤：收集岸桥在任意时间段搬运货柜的货柜参数，并根据货柜参数获取不同货柜在该时间段的岸桥运行数据，得到时间段操作数据；

根据所述时间段操作数据，对所有货柜的历史岸桥运行数据进行统计模拟，得到历史仿真数据。

7.根据权利要求5所述的一种岸桥结构的疲劳监测方法，其特征在于，根据所述实际受力数据验证模型仿真受力数据的可靠性，并对岸桥模型和有限元分析模型进行修正，包括以下步骤：比对所述模型仿真受力数据是否与实际受力数据一致；

若是，则模型仿真受力数据可靠，在岸桥模型和有限分析模型内保留模型仿真受力数据；

若否，则模型仿真受力数据不可靠，根据实际受力数据修正岸桥模型和有限分析模型。

8.根据权利要求7所述的一种岸桥结构的疲劳监测方法，其特征在于，比对所述模型仿真受力数据是否与实际受力数据一致，包括以下步骤：根据模型仿真受力数据输出仿真应力‑位移云图，比对实际应力‑位移云图与仿真位移云图是否相同。

9.一种岸桥结构的寿命预测方法，其特征在于，包括权利要求1至8任意一项所述的岸桥结构的疲劳监测方法，还包括以下步骤：获取岸桥的设计参数，并根据所述设计参数输出应力疲劳曲线；

根据线性疲劳损伤模型与应力疲劳曲线构建寿命预测模型，其中，所述寿命预测模型通过应力谱作为数据输入；

根据所述寿命预测模型输出寿命预测曲线，并得到岸桥寿命值。

10.根据权利要求9所述的一种岸桥结构的寿命预测方法，其特征在于，还包括以下步骤：根据所述寿命预测模型输出岸桥维修检查方案。

说明书

一种岸桥结构的疲劳监测方法和寿命预测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及设备性能监测技术领域，具体涉及一种岸桥结构的疲劳监测方法和寿命预测方法。

背景技术

[0002] 在工程实际中，岸桥，又称为起重运输设备，其在经济建设中起着无可替代的作用，起重机械在运行过程中受力复杂，不仅受到货物起升运输过程产生的动态力，还要受到诸如风载、地震载荷等不确定力，各种力叠加作用于起重机械，会使起重机械某些局部应力集中部位出现裂纹进而影响其使用寿命。

[0003] 同时，港口起重机经过多年的使用，其金属结构都或多或少的出现了一些故障，虽然没有达到寿命的期限却出现了不同程度大小的疲劳裂纹，这些起重机的疲劳程度如何，是否还可以继续安全使用，还能安全服役多久，将成为起重机使用部门非常关注的一个问题，且随着经济的发展，起重机械不仅需求量在不断扩大，同时起重机械也向着大型化、复杂化不断发展，随之而来的起重机事故及危险因素也是在不断的增加，这些己经进入服役后期或超期服役阶段，且本身带有结构损伤的起重机发生疲劳破坏的几率相当大，这对安全生产已经构成了很大的潜在威胁。

[0004] 而针对这一安全威胁，传统的在线监测起重机疲劳程度的方法往往存在因未考虑实际的起重机运行工况，而导致疲劳监测的准确性无法保障的问题，进而影响到了起重机的寿命预测以及保养方案的制定。

发明内容

[0005] 本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种岸桥结构的疲劳监测方法和寿命预测方法，具有准确性高的优点，突破了传统疲劳监测方法所得的疲劳监测不准确的瓶颈。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

[0007] 一种岸桥结构的疲劳监测方法，包括以下步骤：

[0008] 建立岸桥模型，并根据所述岸桥模型分析岸桥的宏观受力数据，得到第一应力点集合；

[0009] 建立有限元分析模型，并将所述第一应力点集合输入有限元分析模型，得到第二应力点集合；

[0010] 根据所述第二应力点集合制定数据采集方案，并根据数据采集方案获取实际受力数据；

[0011] 获取岸桥的时间段操作数据，并根据时间段操作数据得到历史仿真数据，将所述历史仿真数据输入有限元分析模型，得到岸桥在每个操作周期内的模型仿真受力数据；

[0012] 根据所述实际受力数据验证模型仿真受力数据的可靠性，并对岸桥模型和有限元分析模型进行修正；

[0013] 根据修正后的有限元分析模型得到岸桥的修正模型仿真受力数据，并根据修正模型仿真受力数据生成应力谱。

[0014] 可选的，建立岸桥模型，并根据所述岸桥模型分析岸桥的宏观受力数据，得到第一应力点集合，包括以下步骤：

[0015] 获取岸桥的结构图纸以及运行数据，并根据所述结构图纸构建岸桥模型；

[0016] 将所述运行数据输入岸桥模型，并在完成运行数据输入后，输出岸桥的宏观受力数据，得到第一应力点集合。

[0017] 可选的，建立有限元分析模型，将所述第一应力点集合输入有限元分析模型，得到第二应力点集合，包括以下步骤：

[0018] 获取岸桥的结构图纸，并根据所述结构图纸构建有限元分析模型；

[0019] 将第一应力点集合输入有限元分析模型，并根据有限元分析模型获取节点应力集中点；

[0020] 根据应力集中点的密集度以及应力幅值划定危险区域，得到第二应力点集合。

[0021] 可选的，根据所述第二应力点集合制定数据采集方案，包括以下步骤：

[0022] 根据所述第二应力点集合确定若干采集安装部位，并在若干所述采集安装部位上均安装传感器；

[0023] 获取每组所述传感器采集的各个采集安装部位的实际受力数据，其中所述实际受力数据包括应力数据、位移数据以及速度数据。

[0024] 可选的，根据所述第二应力点集合制定数据采集方案，还包括以下步骤：

[0025] 根据所述应力数据、位移数据以及速度数据生成实际应力‑位移云图。

[0026] 可选的，获取岸桥的时间段操作数据，并根据时间段操作数据得到历史仿真数据，包括以下步骤：

[0027] 收集岸桥在任意时间段搬运货柜的货柜参数，并根据货柜参数获取不同货柜在该时间段的岸桥运行数据，得到时间段操作数据；

[0028] 根据所述时间段操作数据，对所有货柜的历史岸桥运行数据进行统计模拟，得到历史仿真数据。

[0029] 可选的，根据所述实际受力数据验证模型仿真受力数据的可靠性，并对岸桥模型和有限元分析模型进行修正，包括以下步骤：

[0030] 比对所述模型仿真受力数据是否与实际受力数据一致；

[0031] 若是，则模型仿真受力数据可靠，在岸桥模型和有限分析模型内保留模型仿真受力数据；

[0032] 若否，则模型仿真受力数据不可靠，根据实际受力数据修正岸桥模型和有限分析模型。

[0033] 可选的，比对所述模型仿真受力数据是否与实际受力数据一致，包括以下步骤：

[0034] 根据模型仿真受力数据输出仿真应力‑位移云图，比对实际应力‑位移云图与仿真位移云图是否相同。

[0035] 一种岸桥结构的寿命预测方法，包括以下步骤：

[0036] 获取岸桥的设计参数，并根据所述设计参数输出应力疲劳曲线；

[0037] 根据线性疲劳损伤模型与应力疲劳曲线构建寿命预测模型，其中，所述寿命预测模型通过应力谱作为数据输入；

[0038] 根据所述寿命预测模型输出寿命预测曲线，并得到岸桥寿命值。

[0039] 可选的，还包括以下步骤：

[0040] 根据所述寿命预测模型输出岸桥维修检查方案。

[0041] 采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

[0042] 通过基于实际的岸桥的结构图纸以及运行数据，建立岸桥模型得到宏观上的岸桥的第一应力点集合，并将第一应力点集合作为有限元分析模型的输入，从而逐渐获取比第一应力点集合更为精准的第二应力点集合，并根据所制定的数据采集方案，得到实际受力数据，以此将实际受力数据作为对模拟仿真受力数据的可靠性验证，从而通过可靠性验证对有限元分析模型进行修正，进而提高有限元分析模型的准确性，并使得得到的应力谱的准确性更高。

附图说明

[0043] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0044] 图1为本发明实施例提出的一种岸桥结构的疲劳监测方法的流程图。

具体实施方式

[0045] 下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

[0046] 实施例一

[0047] 如图1所示，一种岸桥结构的疲劳监测方法，包括以下步骤：建立岸桥模型，并根据岸桥模型分析岸桥的宏观受力数据，得到第一应力点集合，具体的，包括以下步骤：获取岸桥的结构图纸以及运行数据，并根据所述结构图纸构建岸桥模型；将所述运行数据输入岸桥模型，并在完成运行数据输入后，输出岸桥的宏观受力数据，得到第一应力点集合。

[0048] 在进行岸桥结构的受力点分析时，首先通过使用OpenSees建立岸桥模型，而岸桥模型则通过岸桥的结构图纸作为模型的输入数据，从而通过在岸桥模型中模拟真实的岸桥以及岸桥的运行过程，其中，岸桥的结构图纸包括岸桥的梁结构和节点结构，在完成岸桥模型的构建后，还需要将运行数据输入岸桥模型，从而使得建立的岸桥模型可以进行受力情况的分析，并得到宏观受力数据，而宏观受力数据指的是在岸桥模型中，岸桥上的大致受力位置，可以位于梁结构上，也可以位于节点结构上，该大致受力位置即为第一应力点，而所得到的这些第一应力点的汇总即为第一应力点集合。

[0049] 建立有限元分析模型，并将第一应力点集合输入有限元分析模型，得到第二应力点集合，具体的，包括以下步骤：获取岸桥的结构图纸，并根据所述结构图纸构建有限元分析模型；将第一应力点集合输入有限元分析模型，并根据有限元分析模型获取节点应力集中点；根据应力集中点的密集度以及应力幅值划定危险区域，得到第二应力点集合。

[0050] 建立有限元分析模型时，同样的将岸桥的结构图纸作为模型的输入数据，而结构图纸包括岸桥的各个节点结构以及梁结构，节点结构即为在岸桥结构中，岸桥的每一个桥梁的连接点，而在构建有限元分析模型时，使用ABAQUS进行构建，完成有限元分析模型建立后，将第一应力点集合输入有限元分析模型，从而在有限元分析模型中对每一个第一应力点进行进一步确定其受力的部位，得到第二应力点，即节点应力集中点，而每一个第一应力点可得到多个节点应力集中点，从而对节点应力集中点进行统计，统计原则按照应力集中点的密集度高低，以及应力幅值进行，从而将密集度高以及应力幅值较高的应力集中点作为第二应力点，并将第二应力点所在区域划分为危险区域。

[0051] 根据第二应力点集合制定数据采集方案，并根据数据采集方案获取实际受力数据，具体的，包括以下步骤：根据第二应力点集合确定若干采集安装部位，并在若干采集安装部位上均安装传感器；获取每组传感器采集的各个采集安装部位的实际受力数据，其中实际受力数据包括应力数据、位移数据以及速度数据。

[0052] 根据得到的采集安装部位，对各种需要应力应变、位移以及速度等需要检测的安装部位进行传感器安装，而对于超高无法操作的采集安装部位，需要进行重新选点，重新选点的原则为易于安装检查或者与原有位置有极大相关性的点位，使得采集安装部位可以交叉验证。

[0053] 对于所安装的传感器，属于触发型传感器，能够实现同时采集测量，且传感器在进行传输数据时，采用低功耗无线传输的方式进行传输，且传感器设定有一定的采集频率，同时在传感器完成数据采集后，会进行记录以及数据库存储动作，而传感器主要采集的是采集安装部位的应力数据、位移数据以及速度数据，然后根据应力数据、位移数据以及速度数据生成实际应力‑位移云图。

[0054] 获取岸桥的时间段操作数据，并根据时间段操作数据得到历史仿真数据，具体的，包括以下步骤：收集岸桥在任意时间段搬运货柜的货柜参数，并根据货柜参数获取不同货柜在该任意时间段的岸桥运行数据得到时间段操作数据；根据所述时间段操作数据，对所有货柜的历史岸桥运行数据通过蒙特卡洛方法进行统计模拟，得到历史仿真数据，然后将历史仿真数据输入有限元分析模型，得到岸桥在每个操作周期内的模型仿真受力数据。

[0055] 其中，货柜参数包括货柜的编号，货柜的重量等一些货柜的基本参数数据，任意时间段的时间间隔可设置为一年，然后根据货柜参数中的货柜编号得到该编号的货柜的岸桥运行数据，而岸桥运行数据包括运行该编号货柜时的岸桥的电机力矩、货柜运行速度等，时间段操作数据即为在该时间段内，每个编号的货柜对应的岸桥运行数据，然后使用蒙特卡洛方法对每个货柜编号所对应的货柜重量、岸桥的电机力矩和岸桥运行速度进行统计模拟，得到该岸桥设备由投入使用开始至今的操作数据，即为历史仿真数据，最后将历史仿真数据作为有限元分析模型的数据输入，从而在有限元分析模型中得到岸桥对各个货柜的每个操作周期内的模型仿真受力数据，而本实施例所说的操作周期为岸桥对一个货柜从起吊到运输，再到放下，最后到岸桥返回初始位置的过程。

[0056] 需要说明的是，由于某些港口没有存储大量的运行数据，只有货柜的编号、重量等信息，因此通过某一时间段现有的岸桥运行数据统计得出岸桥在操作不同货柜时的速度、位移等概率分布，而使用蒙特卡洛方法即可模拟出在岸桥从投入使用开始至今的货柜编号、重量等信息所对应的操作数据。

[0057] 根据实际受力数据验证模型仿真受力数据的可靠性，并对岸桥模型和有限元分析模型进行修正，具体的，包括以下步骤：比对模型仿真受力数据是否与实际受力数据一致；若是，则模型仿真受力数据可靠，在岸桥模型和有限分析模型内保留模型仿真受力数据；若否，则模型仿真受力数据不可靠，根据实际受力数据修正岸桥模型和有限分析模型，其中，岸桥模型作为有限元分析模型的前端，有限元分析模型需要借助岸桥模型中的第一应力点集合作为数据输入，因此需要进行修正时，岸桥模型需要一同修正。

[0058] 其中，比对模型仿真受力数据是否与实际受力数据一致，包括以下步骤：根据模型仿真受力数据输出仿真应力‑位移云图，比对实际应力‑位移云图与仿真位移云图是否相同。

[0059] 通过将模拟得到的仿真应力‑位移云图与实际应力‑位移云图进行交叉验证，从而验证仿真应力‑位移云图的准确性，且在两者比对不一致时，还可对相应部位进行分析检查，并修正有限元分析模型，直至得到更准确的仿真应力‑位移云图为止，且当达到所需准确度的仿真应力‑位移云图后，则根据修正后的有限元分析模型得到岸桥的修正模型仿真受力数据，并根据修正模型仿真受力数据使用雨流计数法生成应力谱，从而根据应力谱得到岸桥结构的疲劳程度。

[0060] 实施例二

[0061] 一种岸桥结构的寿命预测方法，包括以下步骤：获取岸桥的设计参数，并根据设计参数输出应力疲劳曲线；根据线性疲劳损伤模型与应力疲劳曲线构建寿命预测模型，其中，寿命预测模型通过应力谱作为数据输入；根据寿命预测模型输出寿命预测曲线，并得到岸桥寿命值，还包括以下步骤：根据寿命预测模型输出岸桥维修检查方案。

[0062] 在本实施例中，寿命预测模型的建立首先需要获取实施例一所得的有限元分析模型输出的应力谱作为寿命预测模型的输入，而应力谱的获取则根据实施例一的方法得到，在本实施例中不做详细说明，从而通过线性疲劳损伤模型、应力疲劳曲线以及应力谱的结合，使得在得到的岸桥结构疲劳程度更准确的同时，对岸桥结构的寿命预测也更准确。

[0063] 而另一方面，当有异常情况发生时，例如地震、挂钩事故、撞击、未检查出的裂纹以及裂纹故障维修情况下，需利用有限元分析模型重新计算异常情况的受力，并得到异常情况下的应力谱，并进行有限元分析模型以及寿命预测模型的修正。

[0064] 当寿命预测模型显示岸桥寿命到期时，结合传感器的采集到的实际受力数据以及有限元分析模型，计算进行动态延长或利用同等实际受力数据作为试块输入，做试块的疲劳试验，并对疲劳试验得到的寿命预测模型输出的寿命参考值，给出维修检查意见。

[0065] 此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。