[发明专利]机械零部件关键部位剩余疲劳寿命智能监测传感系统及设计方法

说明书

本发明提供了一种机械零部件关键部位剩余疲劳寿命智能监测传感系统及设计方法，属于机械零部件疲劳寿命监测技术领域。通过智能监测系统的应变感知单元与应变采集单元实时监测机械零件表面的多轴载荷时变信号，利用数据处理单元对所测机械结构表面应变数据进行分析和处理，获得机械结构被测位置的累积疲劳损伤并合理预测其剩余疲劳寿命，最后通过疲劳损伤预警模块对机械结构当前累积疲劳损伤与剩余疲劳寿命进行预警，同时利用无线传输将结构疲劳状态信息传入计算机监控平台，及时反馈给操作人员，防止突发事故的产生，确保机械设备安全可靠地运行。

技术领域

本发明涉及一种机械零部件剩余疲劳寿命智能监测系统，具体涉及一种服役机械结构危险位置剩余疲劳寿命智能监测系统设计方法，能够实现机械结构累积疲劳损伤实时监测与剩余疲劳寿命实时预测，属于机械零部件疲劳寿命监测技术领域。

背景技术

疲劳是结构在循环载荷作用下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹甚至完全断裂的现象，结构疲劳寿命预测问题一直是机械领域的重要课题。复杂系统的突然失效，例如汽车、飞机、核电站、压力容器、大型隧道掘进机等的事故，会引起重大伤亡、巨大的经济损失以及环境破坏；据统计，50％～90％的机械结构破坏是由疲劳损伤引起，因此，工程结构剩余疲劳寿命监测问题亟需解决。虽然国内外专家学者对结构疲劳寿命预测问题已有大量的研究成果，然而目前大多仅仅停留在理论设计阶段，在工程监测领域，目前机械零部件危险部位的剩余疲劳寿命预测大多依赖普通应变传感器对结构表面应变进行长期监测，并对监测数据进行定期统计、结合结构疲劳寿命预测理论以及当前结构服役载荷水平进行机械构件剩余疲劳的预测，尚没有形成系统的结构危险点剩余疲劳寿命评估方法，所用监测系统庞大复杂，且无法实时准确地反映结构当前累积疲劳损伤与剩余疲劳寿命，误差较大、实时性差、成本高以及工程适应性弱。

基于以上情况，本发明提出了一种机械零部件危险位置剩余疲劳寿命智能监测系统，能够在正服役的机械零部件上实时监测结构的累积疲劳损伤并预测其剩余疲劳寿命，解决了目前机械零部件累积疲劳损伤监测及剩余疲劳寿命预测需要庞大的监测系统的问题；同时本发明提出的结构剩余疲劳寿命智能监测系统设计方法，基于嵌入式微处理技术，可以在监测端实时运算所测机械零部件健康状态，极大程度上降低监测误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于正服役机械设备上的智能机械零部件剩余疲劳寿命监测系统及其设计方法，利用智能监测系统的应变感知单元与应变采集单元实时监测机械零件表面的多轴载荷时变信号，通过数据处理单元对所测机械结构表面应变数据进行分析和处理，获得机械结构被测位置的累积疲劳损伤并合理预测其剩余疲劳寿命，最后通过疲劳损伤预警模块对机械结构当前累积疲劳损伤与剩余疲劳寿命进行预警，同时利用无线传输将结构疲劳状态信息传入计算机监控平台，及时反馈给操作人员，防止突发事故的产生，确保机械设备安全可靠地运行。

本发明的技术方案：

一种机械零部件关键部位剩余疲劳寿命智能监测系统，包括应变感知单元1、应变采集单元2、数据处理单元3和疲劳损伤预警单元4；

所述的应变感知单元1由柔性粘贴基体1-3和其上的层间螺栓1-1、应变片1-2、印刷电路1-4和导线端子1-5组成，印刷电路1-4一端连接应变片1-2的接线端，一端与导线端子1-5连接，所述应变片1-2共有三个，在柔性粘贴基体1-3上按照应变片栅成60°均匀分布；

所述应变采集单元2上固定有应变采集器2-2，应变采集器2-2通过数据传输端子2-3与所述的导线端子1-5连接，并通过串口连接线2-1与数据处理单元3的数据输入口3-2连接；

所述的数据处理单元3上固定有数字信号处理器3-1，其上安装无线传输模块3-4；

所述的结构疲劳损伤预警单元4上安装有LCD显示模块4-1，其通过LCD连接线与数字信号处理器3-1上的LCD接口3-3连接。