[发明专利]一种基于物联网的结构构件疲劳寿命管理系统及应用

权利要求书

1.一种基于物联网的结构构件疲劳寿命管理系统，包括物理层、边缘层、传输层、应用层；

物理层：包括结构构件、振弦式传感器，所述振弦式传感器预安装在结构构件主肢内侧，所述结构构件烙印有立体二维码，该立体二维码是所述结构构件在出厂时基于该结构构件的规格型号信息、安全寿命信息及对应预安装的振弦式传感器的ID信息生成的唯一编码，该立体二维码对应的规格型号信息、安全寿命信息、振弦式传感器的ID信息被存储在云平台中；

边缘层：包括通信模块，每个振弦式传感器信号连接一个通信模块，各通信模块通过传输层向应用层传输各振弦式传感器实时采集的应变量ε；

应用层：包括云平台、本地服务器，所述结构构件在第g次项目使用时通过扫描立体二维码，使本地服务器从云平台导入立体二维码对应的信息并编制k个序号，本地服务器根据应变量ε、规格型号信息、安全寿命信息计算结构构件的以下信息：

应力循环的实时值σ＝ε×v，应力循环的峰值σ_max，应力循环的谷值σ_min，应力幅平均应力

荷载效应S＝ε×v×E；

各级荷载效应下结构构件破坏需要的疲劳循环次数N_i，i为本地服务器给各结构构件编制的序号，当应力幅σ_n小于界限应力σ₁时，为高周疲劳，该荷载效应下结构构件的疲劳循环次数N_i采用名义应力法进行计算，依赖结构构件所对应的应力-寿命曲线，当应力幅σ_n大于界限应力σ₁时，为低周转疲劳，该荷载效应下结构构件的疲劳循环次数N_i采用局部应力-应变法进行计算，依赖结构构件所对应的应变-寿命曲线；

结构构件在各级荷载效应下经历应力循环的次数n′_i：应力幅σ_n小于能够产生疲劳损伤的应力阈值σ_t时，不对应力循环次数n′_i进行累加，当应力幅σ_n大于应力阈值σ_t时，对应力循环次数n′_i进行累加；

疲劳损伤

所述云平台根据本地服务器计算得到的疲劳损伤D_j更新剩余疲劳寿命j表示结构构件在第g次项目使用之前的使用次数的编号；

所述规格型号信息包括结构构件的生产厂家、使用等级型号、截面积v、弹性模量E，所述安全寿命信息包括结构构件对应的标准件的应力循环极限次数、应力－寿命曲线、应变-寿命曲线、疲劳损伤的应力阈值σ_t、界限应力σ₁、剩余疲劳寿命P。

2.根据权利要求1所述的疲劳寿命管理系统，其特征在于，所述传输层包括以太网、中继站点，所述通信模块包括4G传输模块、WiFi传输模块，所述4G传输模块通过以太网与云平台通信连接，WIFI传输模块通过中继站点通信连接本地服务器，所述本地服务器与以太网、中继站点、云平台通信连接。

3.如权利要求1～2任一项所述的疲劳寿命管理系统在查询结构构件疲劳损伤中的应用，其特征在于，步骤如下：通过扫描结构构件的立体二维码向云平台提出查询申请，再由云平台将该结构构件的规格型号信息、安全寿命信息、振弦式传感器的ID信息，以及包括服役项目、服役时间、疲劳损伤D_j、剩余疲劳寿命P全部发送至本地服务器。

4.如权利要求1～2任一项所述的疲劳寿命管理系统在结构构件管理中的应用，其特征在于，步骤如下：基于施工周期预估拟施工项目中拟使用的结构构件将产生的预估疲劳损伤D_B，拟施工项目的本地服务器通过云平台对结构构件按以下规则进行选用：

结构构件的剩余疲劳寿命P大于预估疲劳损伤D_B时被选用进入拟施工项目服役。

5.如权利要求1～2任一项所述的疲劳寿命管理系统在结构构件管理中的应用，其特征在于，管理部门的本地服务器通过云平台查询结构构件的规格型号信息、安全寿命信息、振弦式传感器的ID信息，以及包括服役项目、服役时间、疲劳损伤D_j、剩余疲劳寿命P，当结构构件的剩余疲劳寿命P低于安全标准规定的限值时，管理人员依照程序对该结构构件进行报废处理。