一种基于妥协与竞争机理的装载机结构主干裂纹筛选方法与流程

本发明涉及机械检测领域，特别涉及一种基于妥协与竞争机理的装载机结构主干裂纹筛选方法。

背景技术：

随着社会的进步，装载机结构朝着大型化的方向发展。在这样的背景前提下，微小的损伤就会造成巨大的损失，因此对设备或构件的裂纹扩展信息进行预测或测量以掌握其实时损伤状态是必要且紧迫的。裂纹扩展的预测理论与检测方法很多，但往往只能针对单纯一条裂纹，而实际情况下结构会产生多条裂纹。正是由于多条裂纹的存在，无法筛选对结构损伤影响最大的主干裂纹信息会直接影响到结构损伤状态的评估精度，降低评估的效率。对结构件裂纹扩展信息预测及检测的研究很多，但多集中在一条裂纹信息的预测与评价，所以无法根据结构检测信息进行筛选以获取对结构损伤影响最大的主干裂纹信息是目前这一研究领域存在的共性问题。

技术实现要素：

发明目的：本发明目的是提供一种基于妥协与竞争机理的装载机结构主干裂纹筛选方法，该方法评估精度高。

技术方案：本发明提供一种基于妥协与竞争机理的装载机结构主干裂纹筛选方法，包括如下步骤：

s1.装载机结构易损伤位置的确定：

通过有限元软件对装载机结构件在实际工况条件下的应力应变值及动态应力分布状态进行分析，以确定装载机结构件的易损伤位置；

s2.结构损伤位置宏观及微观裂纹区域的确定：

对s1的易损伤位置进行观察以识别宏观裂纹，并运用声发射设备对工况条件下的损伤位置进行测量以识别存在的微观裂纹位置，并标记；

s3.结构区域划分：

结合s1的易损伤位置和s2中的裂纹数量对损伤区域进行均匀化划分，划分形状为多边形，每块划分后的区域含有一条裂纹，且每个多边形区域包含一条裂纹的完整形貌，并对区域进行编号；

s4.区域裂纹扩展冲击能量的采集：

根据s3划分的结果，在每块区域的顶点及多边形中心位置布置声发射传感器，在工况条件下对传感器布置位置的声发射冲击量与时间的对应关系即声发射冲击量谱进行采集；

s5.区域裂纹扩展竞争参数的确定：

根据s4中采集的工况条件下的声发射冲击量谱，计算裂纹扩展加速指标特征，并提取裂纹扩展加速指标特征中的正数，计算裂纹扩展竞争参数；

s6.区域裂纹扩展妥协参数的确定：

根据s4中采集的工况条件下的声发射冲击量谱，计算裂纹扩展加速指标特征，并提取裂纹扩展加速指标特征中的负数，计算裂纹扩展妥协参数；

s7.基于妥协与竞争机理的装载机结构主干裂纹的筛选：

根据s5中的裂纹扩展竞争参数和s6中的裂纹扩展妥协参数计算裂纹扩展的总能量指标，并根据最大总能量指标的最大值来实现主干裂纹的筛选。

上述装载机结构主干裂纹筛选方法是通过声发射冲击量谱计算区域裂纹扩展竞争与妥协参数，在此基础上确定裂纹扩展的总能量指标，进而根据最大总能量指标实现主干裂纹的筛选。

有益效果：本发明有效地避免现有技术存在的经验筛选最危害裂纹来进行状态评估的弊端，实现装载机结构运行状态评估精度的大幅度提高，对于实现装载机结构主干裂纹的筛选具有重要的现实意义。

附图说明

图1为基于妥协与竞争机理的装载机结构主干裂纹筛选方法的流程框图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的基于妥协与竞争机理的装载机结构主干裂纹筛选方法，该方法包括以下步骤：

s1.装载机结构易损伤位置的确定

建立装载机结构件的有限元模型，并将建立完毕后的三维模型导入到有限元软件中，按网格划分、约束设置、载荷施加步骤完成构件有限元分析的前处理，待前处理完毕后运用有限元分析软件对其实际工况载荷作用下的应力强度及动态应力分布状态进行分析，以确定装载机结构件的易损伤位置；

s2.结构损伤位置宏观及微观裂纹区域的确定

对s1已知的装载机结构件易损伤位置进行观察以识别存在的宏观裂纹，同时运用声发射设备对工况条件下的整体损伤位置进行测量，测量损伤位置的声发射冲击量，并根据不同位置之间声发射冲击量的差异来判断微观裂纹的位置与方向，在构件上加以一定的标记；

s3.结构区域划分

结合s1已知的构件易损伤位置，按照s2中已检测到的裂纹数量对损伤区域进行均匀化划分，划分形状为多边形，每块划分后的区域含有一条裂纹，且每个多边形区域包含有一条裂纹的完整形貌，并对划分区域进行编号；

s4.区域裂纹扩展冲击能量的采集

根据s3划分的结果，在每块区域的顶点及多边形中心位置布置声发射传感器，在工况条件下对传感器布置位置的声发射冲击量sij与时间t的对应关系即声发射冲击量谱进行采集(其中i为划分区域的编号，j为传感器数目的编号，t为时间)；

s5.区域裂纹扩展竞争参数的确定

对s4中的声发射冲击量谱按下式计算裂纹扩展加速指标特征并提取计算结果中为正数的指标特征，记为

其中，为声发射冲击量谱值，i为划分区域的编号，j为传感器数目的编号，t为时间，t0为固定时间间隔，为裂纹扩展加速指标特征)；

在每个划分好的区域中，识别裂纹扩展加速指标正值中的最大值与最小值计算裂纹扩展加速指标特征正数的平均值并将其代入下式，计算结构损伤区域的裂纹扩展竞争参数ci。

其中，为声发射冲击量谱的平均值，为声发射冲击量谱的最大值，为声发射冲击量谱的最小值；

s6.区域裂纹扩展妥协参数的确定

对s4中的声发射冲击量谱按下式计算裂纹扩展加速指标特征并提取计算结果中为负数的指标特征，记为

其中，为声发射冲击量谱值，i为划分区域的编号，j为传感器数目的编号，t为时间，t0为固定时间间隔，为裂纹扩展加速指标特征)；

在每个划分好的区域中，识别裂纹扩展加速指标负值中的最大值与最小值计算裂纹扩展加速指标特征负值的平均值并将其代入下式，计算结构损伤区域的裂纹扩展妥协参数gi。

其中，为声发射冲击量谱的平均值，为声发射冲击量谱的最大值，为声发射冲击量谱的最小值。

s7.基于妥协与竞争机理的装载机结构主干裂纹的筛选

在完成上述计算过程的基础上，将s5中计算所获得的裂纹扩展竞争参数ci与s6中计算裂纹扩展妥协参数gi结合代入下式，计算裂纹扩展的总能量指标ei，根据计算结果确定区域中的最大总能量指标eimax，实现主干裂纹的筛选。