桅杆结构拉耳节点子结构风致累积疲劳损伤自诊断系统

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

图1为本发明桅杆结构拉耳节点子结构风致累积疲劳损伤自诊断系统第一个实施例的结构框图。如图1所示，所述桅杆结构拉耳节点子结构风致累积疲劳损伤自诊断系统包括位移测量仪110、数据库120、拉索索力确定模块130、焊接残余应力确定模块140、拉耳子结构风致应力场确定模块150、疲劳裂纹萌生程度实时分析模块160以及人机交互界面170。

所述位移测量仪110位于邻近桅杆结构处，用于根据照片图像识别原理测量桅杆结构拉索所在节点层的瞬时风致位移时程响应。在本实施例中，所述位移测量仪110为基于图像处理技术(CCD)的位移测量仪。所述数据库120存储所述位移测量仪110测量的桅杆结构拉索所在节点层的瞬时风致位移时程响应。

所述拉索索力确定模块130与所数据库120连接，用于根据所述数据库120中存储的桅杆结构拉索所在节点层的瞬时风致位移时程响应以及各根拉索的等效非线性弹簧系数确定桅杆结构各根拉索的瞬时索力时程响应。具体地，所述拉索索力确定模块130将所述桅杆结构拉索所在节点层的瞬时风致位移时程响应(水平位移)分解得到拉索方向上的分位移，将所述拉索方向上的分位移乘以各根拉索的等效非线性弹簧系数得到桅杆结构各根拉索的瞬时索力时程响应(其中计入拉索的预张力)。

所述焊接残余应力确定模块140用于确定桅杆结构拉耳节点子结构与主桅杆竖杆焊缝位置最危险点处经部分消除后的焊接残余应力场。其中，所述焊接残余应力确定模块140包括焊接残余应力场计算子模块142、焊缝位置最危险点确定子模块143以及部分消除焊接残余应力场确定子模块144。

所述焊接残余应力场计算子模块142用于根据桅杆结构拉耳节点子结构与主桅杆结构竖杆焊接的施工工艺参数、焊接源的温度、桅杆结构拉耳节点子结构材料的热塑性参数和热线膨胀系数，按施工次序计算桅杆结构拉耳节点子结构与主桅杆竖杆焊缝处的焊接残余应力场。

所述焊缝位置最危险点确定子模块143与所述焊接残余应力场计算子模块142连接，用于根据所述焊接残余应力场计算子模块计算的焊接残余应力场以及基于等效应力最大原则确定焊缝位置最危险点。

所述部分消除焊接残余应力场确定子模块144与所述焊缝位置最危险点确定子模块143以及所述拉耳子结构风致应力场确定模块150连接，用于根据所述焊缝位置最危险点确定子模块确定的焊缝位置最危险点并按施工工艺中消除焊接残余应力的工序，确定焊缝位置最危险点处经部分消除后的焊接残余应力场。所述焊接残余应力场是多维的。

所述拉耳子结构风致应力场确定模块150与所述拉索索力确定模块130以及所述焊接残余应力确定模块140连接，用于基于桅杆结构拉耳节点子结构材料的弹塑性，将所述焊接残余应力确定模块140确定的焊缝位置最危险点处经部分消除后的焊接残余应力场作为初始应力场，迭加上拉索索力确定模块130确定的桅杆结构各根拉索的瞬时索力时程响应，从而获取焊缝位置最危险点处的风致动应力场，根据桅杆结构拉耳节点子结构材料的弹塑性，若焊缝位置最危险点的应变状态超过屈服应变状态，则在考虑桅杆结构拉耳节点子结构材料的弹塑性的情况下计算焊缝位置最危险点处的风致动应力场。

所述疲劳裂纹萌生程度实时分析模块160与所述拉耳子结构风致应力场确定模块150连接，用于根据所述拉耳子结构风致应力场确定模块150获取的焊缝位置最危险点的风致动应力场并依据累积疲劳裂纹萌生的临界面法，确定桅杆结构拉耳节点子结构最危险点的累积疲劳程度；根据所述最危险点的累积疲劳程度分析所述桅杆结构拉耳节点子结构焊缝位置最危险点离累积疲劳裂纹萌生还有多远，对累积疲劳裂纹作出预警。其中，所述累积疲劳裂纹萌生的临界面法具体为：搜索最危险点疲劳裂纹最可能出现的的临界面《最大剪应变平面》，按双重雨流计数法计算临界面上等效应变的循环幅值，按多轴应变疲劳寿命Manson-Conffin公式确定各幅值对应的疲劳寿命，依Miner线性累积损伤理论计算等效应变的循环幅值对应的疲劳损伤程度。

所述人机交互界面170与所述疲劳裂纹萌生程度实时分析模块160连接，用于向用户显示所述疲劳裂纹萌生程度实时分析模块160分析的结果。

由上可以看出，本实施例桅杆结构拉耳节点子结构风致累积疲劳损伤自诊断系统能在桅杆结构拉耳节点子结构完好时，通过位移测量仪110、数据库120、拉索索力确定模块130、焊接残余应力确定模块140、拉耳子结构风致应力场确定模块150、疲劳裂纹萌生程度实时分析模块160及时地告知用户桅杆结构拉耳节点子结构危险点位置的累积疲劳的程度及离累积疲劳裂纹萌生还有多远，对累积疲劳裂纹作出预警。

图2为本发明桅杆结构拉耳节点子结构风致累积疲劳损伤自诊断系统第二个实施例的结构框图。如图2所示，所述桅杆结构拉耳节点子结构风致累积疲劳损伤自诊断系统包括位移测量仪110、拉索索力确定模块130、焊接残余应力确定模块140、拉耳子结构风致应力场确定模块150、疲劳裂纹萌生程度实时分析模块160、人机交互界面170、声发射传感器210、应变传感器220、疲劳裂纹扩展确定模块230以及极限裂纹长度和断裂分析模块240。与实施例一相比，本实施例的位移测量仪110、拉索索力确定模块130、焊接残余应力确定模块140、拉耳子结构风致应力场确定模块150、疲劳裂纹萌生程度实时分析模块160、人机交互界面170的连接关系和功能均与上述实施例一相同，因此下面仅说明声发射传感器210、应变传感器220、疲劳裂纹扩展确定模块230以及极限裂纹长度和断裂分析模块240。

所述声发射传感器210，位于桅杆结构拉耳节点子结构处，用于测量桅杆结构拉耳节点子结构的初始裂纹走向数据。所述数据库120存储所述声发射传感器210测量的桅杆结构拉耳节点子结构的初始裂纹走向数据。

所述应变传感器220位于桅杆结构拉耳节点子结构的关键点处，用于测量桅杆结构拉耳节点子结构的关键点的应力。所述数据库120存储所述应变传感器220测量的桅杆结构拉耳节点子结构的关键点的应力。所述桅杆结构拉耳节点子结构的关键点为人为选择的拉耳节点子结构上对裂纹扩展比较敏感的位置点。

所述疲劳裂纹扩展确定模块230与所述数据库120连接，用于根据所述数据库120存储的初始裂纹走向数据及关键点的应力，基于裂纹长度与关键点应力关系模式库以及模糊模式识别方法，确定对应于桅杆结构拉耳节点子结构的关键点的应力的裂纹扩展长度。

所述极限裂纹长度和断裂分析模块240与所述疲劳裂纹扩展确定模块230连接，用于根据桅杆结构拉耳节点子结构材料的断裂韧性获取极限断裂裂纹长度，根据所述疲劳裂纹扩展确定模块230确定的裂纹扩展长度以及所述极限断裂裂纹长度分析桅杆结构拉耳节点子结构的疲劳裂纹离断裂有多远，并将分析的结果发送至所述人机交互界面170显示。

由上可知，本实施例桅杆结构拉耳节点子结构风致累积疲劳损伤自诊断系统不仅能在桅杆结构拉耳节点子结构完好时，通过位移测量仪110、拉索索力确定模块130、焊接残余应力确定模块140、拉耳子结构风致应力场确定模块150、疲劳裂纹萌生程度实时分析模块160及时地告知用户桅杆结构拉耳节点子结构危险点位置的累积疲劳的程度及离累积疲劳裂纹萌生还有多远，对累积疲劳裂纹作出预警，同时能在桅杆结构拉耳节点子结构累积疲劳裂纹已出现时，通过声发射传感器210、应变传感器220、疲劳裂纹扩展确定模块230以及极限裂纹长度和断裂分析模块240及时告知累积疲劳裂纹扩展的程度及离断裂还有多远，进而及时修复，保证桅杆结构的安全。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。