一种基于吨位仪载荷谱的压力机关键部件疲劳寿命预测方法、设备及介质与流程

本发明属于压力机，具体涉及一种基于吨位仪载荷谱的压力机关键部件疲劳寿命预测方法、设备及介质。

背景技术：

1、压力机在汽车冲压、家电制造、金属成形等行业中广泛应用，其关键部件在工作过程中承受高频率循环冲击载荷，疲劳断裂是导致非计划停机和安全事故的主要原因。

2、压力机连杆、曲轴等关键部件承受的是变幅随机载荷，而非恒幅循环载荷。传统miner线性累积假设各循环损伤独立可加，忽略了载荷历史对材料微观结构的演化影响。实际材料在疲劳过程中，先期高幅循环会在晶界处萌生微裂纹，这些微裂纹对后续低幅循环产生应力集中效应，使低幅循环的实际损伤贡献被放大；反之，先期大量低幅循环造成的加工硬化会提高材料屈服强度，使后续高幅循环的损伤贡献被抑制。这种载荷交互作用在miner法则中完全缺失，导致同一载荷谱按不同顺序施加会得到相同的累积损伤，无法满足试验要求。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于吨位仪载荷谱的压力机关键部件疲劳寿命预测方法，通过采集和处理载荷数据，结合非线性累积损伤模型，预测压力机关键部件的疲劳寿命，为避免设备因过度使用而损坏，提高设备运行的可靠性和安全性。

2、方法包括：

3、s1：在压力机关键部件的截面处安装吨位仪传感器，建立吨位仪传感器输出的载荷值与截面应力之间的传递系数，标定关键部件材料的抗拉强度以及s-n曲线参数；

4、s2：通过吨位仪传感器以预设采样频率连续采集压力机工作过程中关键部件危险截面处的载荷时间信号；

5、s3：对载荷波形数据进行预处理，识别冲压周期的起始点和结束点以提取有效载荷波形，对有效载荷波形利用传递系数转换为应力波形，再对应力波形进行雨流计数处理，提取应力循环的幅值数据和均值数据，生成载荷谱统计数据；

6、s4：根据幅值数据和均值数据，采用平均应力修正将非对称应力循环转换为等效对称应力循环，得到等效对称应力幅值；

7、s5：根据得到的等效对称应力幅值，结合材料疲劳性能参数，计算单次应力循环对应的疲劳寿命数据，得到单次循环损伤数据；

8、s6：根据得到的单次循环损伤数据，采用非线性累积损伤模型进行逐次迭代计算，得到累积损伤值；

9、s7：根据所述累积损伤值，计算剩余寿命比例数据；根据所述剩余寿命比例数据和统计得到的平均循环速率数据，预测剩余工作天数数据和剩余可工作循环次数数据。

10、进一步需要说明的是，步骤s3具体包括如下步骤：

11、s31：遍历载荷波形数据中的每个采样点，比较相邻三点以标记局部峰值点和局部谷值点，滤除幅值小于传感器量程预设范围的峰谷波动，输出峰谷值序列；

12、s32：从峰谷值序列的起始端开始，取连续三个峰谷点，判断中间点是否构成完整滞回环，若构成则提取一个应力循环并记录该循环的幅值数据和均值数据，将循环对应的两个峰谷点从序列中删除后继续向后扫描，直至遍历全部序列；对剩余发散波形的峰谷值序列进行首尾衔接配对，补充提取剩余应力循环的幅值数据和均值数据；

13、s33：预设幅值区间边界和均值区间边界，建立二维计数矩阵；遍历步骤s32提取的每个应力循环，根据幅值数据和均值数据定位所属区间，将对应矩阵单元格的计数值加一；输出包含所有单元格计数值的载荷谱统计数据。

14、进一步需要说明的是，步骤s4具体包括如下步骤：

15、获取材料抗拉强度值σb以及每个应力循环的幅值数据和均值数据；

16、基于公式

17、

18、计算应力循环对应的等效对称应力幅值；

19、基于得到的每个等效对称应力幅值sa构建成等效对称应力幅值序列。

20、进一步需要说明的是，步骤s5具体包括如下步骤：

21、基于等效对称应力幅值sa，调用材料s-n曲线方程为sam× nf = c，m为材料疲劳强度指数，c为材料疲劳常数；求解得到单次应力循环对应的疲劳寿命数据nf；

22、基于疲劳寿命数据nf的倒数作为单次循环损伤数据di，将di与对应的等效对称应力幅值sa、均值数据smi及循环序号i进行关联，形成单次循环损伤数据，将全部单次循环损伤数据按循环序号顺序排列，生成单次损伤序列。

23、进一步需要说明的是，步骤s6中，所述非线性累积损伤模型引入与当前应力循环幅值相关的幅值修正因子和与历史累积损伤状态相关的损伤修正因子；

24、步骤s6具体包括如下步骤：

25、s61：基于单次循环损伤数据di、等效对称应力幅值sa及标定的参考应力幅值saref，计算幅值修正因子，幅值修正因子等于自然指数函数的自变量部分，自变量的计算方式为：，α为幅值修正系数；将di与幅值修正因子的指数值相乘，得到幅值修正后的单次损伤数据；

26、s62：读取步骤s61得到的幅值修正后的单次损伤数据，以及读取前一次迭代的历史累积损伤值，计算损伤修正因子，损伤修正因子的计算方式为：

27、

28、β为损伤修正系数，γ为残余修正系数；

29、将幅值修正后的单次损伤数据与该损伤修正因子相乘，得到本次迭代的累积损伤增量；

30、s63：将得到的累积损伤增量与前一次历史累积损伤值相加，得到本次迭代后的累积损伤值，将与对应的循环序号i、等效对称应力幅值sa、幅值修正因子、损伤修正因子关联存储，判断循环序号i是否等于总循环数n，若等于则将作为最终累积损伤值dc输出，若不等于则将赋值给继续下一次迭代。

31、进一步需要说明的是，步骤s6还包括：

32、对第i个应力循环，按以下公式计算本次循环后的累积损伤di：

33、

34、若无历史数据，可取α=0、β=0、γ=1，退化为线性miner累积；

35、为单次循环损伤数据di；

36、为幅值修正因子；

37、为损伤修正因子。

38、进一步需要说明的是，步骤s7包括如下步骤：

39、s71：获取累积损伤值dc，计算剩余寿命比例r的公式为r = 1 - dc；

40、s72：基于剩余寿命比例数据r、最终迭代时的累积损伤值dc和总循环数n，计算每次循环平均产生的损伤数据d，d = dc / n；将r与d相除，得到剩余可工作循环次数数据n；

41、s73：获取预设时间段内的总循环次数nwin和预设时间段的时长twin，计算平均循环速率v，v等于nwin与twin的比值；将得到的剩余可工作循环次数数据n与v相除，得到剩余工作天数数据t。

42、进一步需要说明的是，步骤s7还包括：

43、将当前累积损伤值对应与预设的第一损伤阈值和第二损伤阈值进行比较；

44、当当前累积损伤值达到所述第一损伤阈值时发出黄色预警信号，提示安排检修；

45、当所述当前累积损伤值达到所述第二损伤阈值时发出红色警报信号，提示立即停机检查；

46、当所述当前累积损伤值大于或等于1时，触发强制停机保护指令。

47、根据本技术的另一个实施例，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述基于吨位仪载荷谱的压力机关键部件疲劳寿命预测方法的步骤。

48、根据本技术的又一个实施例，还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于吨位仪载荷谱的压力机关键部件疲劳寿命预测方法的步骤。

49、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

50、本发明的非线性累积损伤模型在每次迭代中配置两个修正因子。当前应力幅值sai大于参考应力sa时，指数为正，修正因子大于1，循环的实际损伤增量大于线性计算值。当前幅值低于参考应力时，修正因子小于1，损伤增量被压缩。本发明处理了高幅循环对后续损伤的放大效应。当历史累积损伤<0.5时，取1β+γ。当>0.5时，取1+β+γ。两个阶段之间有一个阶跃切换，反映材料在寿命前半段和寿命后半段损伤累积速率的不同。两个修正因子串联作用于每个应力循环的单次损伤di，形成di=+di×幅值修正×损伤修正。由于计算按应力循环的时间顺序逐次推进，载荷历史效应自然被带入每一次迭代。雨流计数保证了每个应力循环的幅值和均值来自真实载荷波形，并将非对称循环换算为零均值等效幅值，使幅值修正因子中的sai和sa在同一基准上比较。本发明根据 s-n 曲线得到每个循环的线性单次损伤di，作为非线性修正的底数。

51、本发明的吨位仪传感器实时采集的载荷波形经雨流计数和非线性累积，转化为与无损检测标定的累积损伤值，再分解为可工作循环次数和日历天数，驱动检修排程和预警。本发明的载荷波形提取受滤波和周期识别约束，循环计数受三点法和补充计数约束，应力修正受双公式约束，损伤累积受幅值因子和历史因子约束，寿命输出受平均损伤和循环速率约束。多层约束使预测结果是现场数据的处理，预测精度由单一s-n曲线的不确定性，分散到多个可校验的中间变量，整体可信度提升。