一种舵杆机构拉断测试的数据采集与分析方法及系统与流程

本申请涉及数据采集分析，尤其是涉及一种舵杆机构拉断测试的数据采集与分析方法及系统。

背景技术：

1、舵杆作为船舶舵传动机构的关键受力部件，随着船舶大型化与极端海况频发，其极限承载能力与断裂行为直接决定船舶在极端海况下的操纵安全性。拉断测试通过对舵杆施加单调增加的轴向拉力直至断裂，获取载荷-位移、应力-应变等力学数据，是评估材料性能、验证设计安全裕度的基础手段。在大型船舶舵杆测试中，除获取极限载荷和总伸长量外，还需捕捉断裂前最后时刻的高频动态响应，以评估应变速率敏感性、断裂韧性和裂纹快速扩展行为。目前行业标准流程通常采用载荷、位移及应变片传感器，采样频率设定为1khz～10 khz，并配合高速摄像记录断裂过程。

2、注意，舵杆从裂纹萌生至贯穿断裂通常持续数十至数百毫秒，韧性材料中断裂前会出现明显颈缩和局部应变集中，该阶段应变速率呈指数级增长，伴随毫秒级应力波动与应变回弹。这些高频瞬态信号包含评估动态断裂韧性的关键信息，如峰值应变速率、应变反向回弹幅值及弹性向塑性失稳的临界标志。然而，实际测试受限于存储带宽与采样深度，传统方法常将断裂瞬间的高频波动视为噪声滤除或丢弃；即使完整记录，也缺乏算法自动识别并提取毫秒级应变波动模式。同时，高速摄像与数据采集系统时钟独立，断裂事件在载荷曲线上的时间定位与影像之间存在数毫秒至数十毫秒错位，导致应变数据与断裂形貌难以精确对应。

3、现有舵杆拉断测试的数据处理方案普遍关注准静态应力-应变曲线和断口形貌，对断裂前毫秒级瞬态数据的采集、同步与特征挖掘缺乏系统性设计。这一技术空白致使断裂瞬间材料动态响应的关键数据维度长期缺失，测试人员无法回答材料在断裂前最后几毫秒内究竟发生了什么的核心问题，从而制约了对舵杆材料极限性能的精细化评估。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本申请提供一种舵杆机构拉断测试的数据采集与分析方法及系统。

2、第一方面，本申请提供的一种舵杆机构拉断测试的数据采集与分析方法，包括以下步骤：

3、采集舵杆机构拉断测试全程的载荷数据、位移数据与应变数据，基于载荷数据、位移数据与应变数据形成多源同步数据流；

4、基于多源同步数据流中的载荷数据确认出载荷数据下降斜率，将载荷数据下降斜率与预设的触发阈值进行比对，当载荷数据下降斜率超过预设的触发阈值时判定断裂事件发生，记录为断裂时刻；

5、基于断裂时刻从多源同步数据流中确认出断裂窗口数据段，根据断裂窗口数据段生成断裂窗口数据；对断裂窗口数据进行低通滤波与小波分解处理，生成应变瞬态序列；

6、基于应变瞬态序列进行阶段边界点识别，得到边界点集合，所述边界点集合包括应变速率急增点、应变回弹起始点与应变归零点；基于边界点集合划分裂纹萌生阶段快速扩展贯穿阶段与断裂后残余阶段，并对裂纹萌生阶段、快速扩展贯穿阶段与断裂后残余阶段进行动力学特征参数提取，根据提取结果构建断裂动力学特征向量；

7、对多源同步数据流中的载荷数据与位移数据进行联合关系解析，得到载荷位移曲线；将断裂动力学特征向量与载荷位移曲线进行联合分析，并结合高速摄像视频帧序列估算裂纹扩展速度，基于裂纹扩展速度生成动态力学参数集；将动态力学参数集标注至对应的高速摄像视频帧序列，输出断裂全程可视化分析报告。

8、第二方面，本申请提供一种舵杆机构拉断测试的数据采集与分析系统，包括：

9、数据采集模块，用于采集舵杆机构拉断测试全程的载荷数据、位移数据与应变数据，基于载荷数据、位移数据与应变数据形成多源同步数据流；

10、断裂事件触发模块，用于从多源同步数据流中的载荷数据确认出载荷数据下降斜率，将载荷数据下降斜率与预设的触发阈值进行比对，当载荷数据下降斜率超过预设的触发阈值时判定断裂事件发生，记录为断裂时刻；

11、数据处理变换模块，用于从多源同步数据流中确认出断裂窗口数据段，根据断裂窗口数据段生成断裂窗口数据；对断裂窗口数据进行低通滤波与小波分解处理，生成应变瞬态序列；

12、特征提取模块，用于对应变瞬态序列进行阶段边界点识别，得到边界点集合，所述边界点集合包括应变速率急增点、应变回弹起始点与应变归零点；基于边界点集合划分裂纹萌生阶段、快速扩展贯穿阶段与断裂后残余阶段，并对裂纹萌生阶段、快速扩展贯穿阶段与断裂后残余阶段进行动力学特征参数提取，根据提取结果构建断裂动力学特征向量；

13、联合分析模块，用于对多源同步数据流中的载荷数据与位移数据进行联合关系解析，得到载荷位移曲线；将断裂动力学特征向量与载荷位移曲线进行联合分析，并结合高速摄像视频帧序列估算裂纹扩展速度，基于裂纹扩展速度生成动态力学参数集；

14、分析报告生成模块，用于将动态力学参数集标注至对应的高速摄像视频帧序列，输出断裂全程可视化分析报告。

15、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

16、1.本申请通过构建载荷、位移与应变的多源同步数据流，并针对传统方法中被视为噪声滤除的断裂瞬态信号，设计了低通滤波与小波分解相结合的预处理机制，有效解决了背景技术中断裂瞬间高频波动被误滤除以及缺乏毫秒级应变波动模式自动识别算法的技术空白。在断裂窗口内，本申请能够从强噪声背景中提取出真实的应变瞬态序列，并在此基础上自动识别应变速率急增点、应变回弹起始点与应变归零点，将断裂过程客观划分为裂纹萌生阶段、快速扩展贯穿阶段与断裂后残余阶段。这一自动化特征提取方案，使得以往难以捕捉的峰值应变速率、应变回弹幅值及临界颈缩应变率等关键动力学指标得以量化输出，填补了舵杆材料在断裂前最后数毫秒内动态响应数据长期缺失的维度的短板，为材料极限性能评估与断裂韧性分析提供了可靠的数据支撑。

17、2.针对背景技术中指出的数据采集系统与高速摄像时钟独立，存在数毫秒至数十毫秒错位的固有问题，本申请以载荷数据下降斜率实时监测触发的断裂时刻作为统一的时间基准锚点，对多源同步数据流与高速摄像视频帧序列进行时间偏移校正，从而消除两套独立硬件系统之间的时钟偏差。在此基础上，本申请将断裂动力学特征向量与载荷位移曲线进行关联映射，验证阶段划分的力学一致性，并结合对齐后的视频帧序列估算裂纹扩展速度，最终生成动态力学参数集并标注至对应影像帧。这一时间同步与联合分析机制，确保应变瞬态特征、载荷波动节点与裂纹形貌演化在时间轴上达到逐帧级别的精确对应，使测试人员能够清晰追溯每一时刻的力学参量与物理形貌的因果关联，从根本上解决了传统测试中力学数据与影像资料难以精确互证的技术难题。

1.一种舵杆机构拉断测试的数据采集与分析方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种舵杆机构拉断测试的数据采集与分析方法，其特征在于，采集舵杆机构拉断测试全程的载荷数据、位移数据与应变数据，基于载荷数据、位移数据与应变数据形成多源同步数据流，包括：

3.根据权利要求2所述的一种舵杆机构拉断测试的数据采集与分析方法，其特征在于，基于多源同步数据流中的载荷数据确认出载荷数据下降斜率，将载荷数据下降斜率与预设的触发阈值进行比对，当载荷数据下降斜率超过预设的触发阈值时判定断裂事件发生，记录为断裂时刻，包括：

4.根据权利要求1所述的一种舵杆机构拉断测试的数据采集与分析方法，其特征在于，基于断裂时刻从多源同步数据流中确认出断裂窗口数据段，根据断裂窗口数据段生成断裂窗口数据，包括：

5.根据权利要求4所述的一种舵杆机构拉断测试的数据采集与分析方法，其特征在于，对断裂窗口数据进行低通滤波与小波分解处理，生成应变瞬态序列，包括：

6.根据权利要求5所述的一种舵杆机构拉断测试的数据采集与分析方法，其特征在于，基于应变瞬态序列进行阶段边界点识别，得到边界点集合，所述边界点集合包括应变速率急增点、应变回弹起始点与应变归零点，包括：

7.根据权利要求6所述的一种舵杆机构拉断测试的数据采集与分析方法，其特征在于，基于边界点集合划分裂纹萌生阶段、快速扩展贯穿阶段与断裂后残余阶段，并对裂纹萌生阶段、快速扩展贯穿阶段与断裂后残余阶段进行动力学特征参数提取，根据提取结果构建断裂动力学特征向量，包括：

8.根据权利要求7所述的一种舵杆机构拉断测试的数据采集与分析方法，其特征在于，对多源同步数据流中的载荷数据与位移数据进行联合关系解析，得到载荷位移曲线；将断裂动力学特征向量与载荷位移曲线进行联合分析，并结合高速摄像视频帧序列估算裂纹扩展速度，基于裂纹扩展速度生成动态力学参数集，包括：

9.一种舵杆机构拉断测试的数据采集与分析系统，应用于上述权利要求1-8任意一项所述的一种舵杆机构拉断测试的数据采集与分析方法，其特征在于，包括：