[发明专利]基于模态挠度法的起重机静挠度评估方法

说明书

本发明公开一种基于模态挠度法的起重机静挠度评估方法，具体步骤如下：步骤一，建立桥式起重机有限元模型；步骤二，根据步骤一中建立的有限元模型，对其进行模态计算分析，得到相应的模态振型数据，并输出该模型的质量矩阵；步骤三，设计起重机结构模态测试方案，包括设计测点位置、传感器选型，设置各项测试参数，对所述起重机进行静挠度测试；步骤四，采用Guyan缩聚法对检测数据进行归一化处理；步骤五，计算模态挠度。本方法采用运行模态分析，可以在线识别出起重机结构的模态参数，建立模态挠度数学模型；通过基于数学模型的模态挠度外推，即可准确、可靠地获得已知载荷作用下的起重机静挠度，以此评定起重机结构的变形，对起重机状态进行评估。

技术领域

本发明属于系统参数识别领域，特别是一种基于模态挠度法的起重机静挠度评估方法。

背景技术

近年来，随着计算机模拟技术的蓬勃发展，基于此对工程结构进行建模和仿真分析逐渐成为结构设计或技术改进的新方向。有限元建模以及仿真分析的优点是可以在结构更新设计阶段了解结构的特性，同时可以为相关的试验提供合理的指导；尤其是计算结果与试验测试误差较小的模型仿真，使得有限元建模和仿真分析在众多工程领域已得到广泛的应用。

如在起重机械领域，常通过评定起重机结构的静挠度来评估起重机结构健康状态。围绕起重机展开的基于有限元的分析工作，如模态计算、损伤计算、动响应计算等学术研究成果常有报道。此外，将起重机作为研究对象，建立其有限元模型，通过查询相关文献、经验公式或者荷载试验得到起重机的模态参数，再研究其力学特性也常有报道。现有报道中的起重机中，动载试验主要用于确定起重机结构的动力特性，对初始有限元模型进行模型修正，并测定结构在动载作用下的强迫振动响应，但对于通过动载试验识别起重机结构的动态参数(模态频率、振型、阻尼等)，评定起重机的静挠度，目前缺乏有效的理论方法；如果通过静载试验测量与起重机性能相关的静力参数(静挠度、应变等)，需要专门的检测设备并停机检验。在起重机等领域，加速度等各种类型传感器已经广泛布置于机械设备上用于对设备工作状态的检测。随着工程应用中对设备的在线健康监测越来越重视，利用起重机设备本身工作状态时的振动信号进行力学分析，进行简单易行、可靠、并可以在线监测的起重机静挠度分析至关重要，同时也是本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，公开了一种基于模态挠度法的起重机静挠度评估方法，采用运行模态分析，可以在线识别出起重机结构的模态参数，建立模态挠度的数学模型；通过基于数学模型的模态挠度外推，即可准确、可靠地获得已知载荷作用下的起重机静挠度，以此评定起重机结构的变形，并对起重机状态进行评估。

本发明公开了一种基于模态挠度法的起重机静挠度评估方法，其具体步骤如下：

1)建立起重机有限元模型：基于有限元前处理软件，建立起重机结构的精细有限元模型，并为其赋予材料属性，螺栓连接部分采用REB2单元连接，在起重机与桥臂连接处施加竖向平动和三个转动方向的约束；

2)分析起重机有限元模型：根据步骤1)中建立的有限元模型，对其进行模态分析，得到相应的振型数据，并输出该模型的质量矩阵M；

3)起重机结构的模态试验：设计起重机结构模态测试方案，测试方案中包括在起重机上安排5个及以上的测点位置、传感器类型为加速度传感器、测试方向为竖向模态方向、设定测试频段为预估的模态频率2倍、信号采样分辨率为所要采集模态频段上限的2.56倍，后对测试数据进行运行试验模态分析，准确识别出起重机结构的模态信息；