基于潜在失效模式的汽车起重机臂架结构风险评估方法技术

本发明专利技术涉及一种基于潜在失效模式的汽车起重机臂架结构风险评估方法，适用于在役汽车起重机实腹式臂架结构失效模式预测及其安全性评估，是通过如下步骤实现的：（1）搭建失效模式模糊数据库；（2）潜在失效模式的预测与修正；（3）风险评估指标集的建立；（4）计算评估指标权重；（5）确定在役汽车起重机臂架结构的风险度。本发明专利技术解决了破坏试验周期长、费用高导致臂架结构安全性难以确定的工程问题，以及如何有效地预测汽车起重机臂架结构的失效模式，变被动维修为主动维护，大幅度降低故障的发生率，延长其使用寿命，提高潜在失效模式下臂架结构风险评估的快速性与准确性的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
基于潜在失效模式的汽车起重机臂架结构风险评估方法
本专利技术属于起重机工程
，涉及一种起重机臂架结构的风险评估方法，特别是涉及一种基于潜在失效模式的汽车起重机臂架结构风险评估方法。
技术介绍
臂架结构系统作为汽车起重机的主要承载结构件，长期使用过程中，由于机械载荷、环境条件、腐蚀因素以及运输、装配过程中磕碰现象的影响，加上违规操作、设计缺陷、制造缺陷以及维护保养体系的相对落后，导致臂架结构存在严重缺陷，各种失效模式、故障形式层出不穷，机毁人亡类事故时有发生，给安全作业带来了很大的隐患，严重影响了建设项目的进度、效益以及人民财产安全。目前，起重机械行业的主要维修模式有两种：“救火式维修”和“周期性维护”。前者是被动式维修，以“故障”为代价，维护周期长，小故障引起的设备瘫痪时有发生；后者是主动式维护，通过周期性地频繁停机进行维护，一定程度上减少了突发故障的发生，但过频繁的维护会大大增加客户的维修成本。因此，如何有效地预测汽车起重机臂架结构的潜在失效模式，变被动维修为主动有针对性的维护，在大幅度降低故障的发生率的同时有效降低客户周期性维护的维修成本，延长其使用寿命，提高耦合失效模式下臂架结构风险评估的快速性与准确性，已成为目前亟待解决问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中“救火式维修”和“周期性维护”中存在的不足，本专利技术公开了一种基于潜在失效模式的汽车起重机臂架结构风险评估方法，通过失效模式模糊数据库，结合实例推理技术，预测待评估起重机臂架结构的潜在失效模式，利用汽车起重机臂架结构参数化有限元模型和仿真计算平台，修正潜在失效模式，检测与之对应危险截面及危险点（即检测点），得到现阶段各危险点的检测结果，利用改进DEMATEL法，结合模糊综合评价理论，量化待评估汽车起重机臂架结构的失效风险。该方法充分考虑了风险评估依赖专家经验与知识的不确定性与模糊性，提了高耦合失效模式下臂架结构风险评估的快速性与准确性。本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术公开了一种基于潜在失效模式的汽车起重机臂架结构风险评估方法，其包括如下步骤：（1）搭建失效模式模糊数据库建立失效模式模糊数据库时，依据尽量精简，建库不宜过多的原则，根据汽车起重机“下线→使用→定检→失效”流程，建立汽车起重机臂架结构失效模式模糊数据库，至少包括原始特征参数子数据库、典型使用工况子数据库和失效模式子数据库三个子数据库，各子数据库通过对起重机机型标识和检测序号标识进行匹配，并将相同机型标识与检测序号标识的汽车起重机原始特征参数、典型使用工况和失效模式组成一个工程实例；（2）潜在失效模式的预测与修正在步骤（1）的基础上，建立同一机型、不同典型使用工况下汽车起重机臂架结构失效模式实例库；待评估的在役汽车起重机臂架结构则通过收集典型使用工况，并将其作为目标实例，运用改进实例推理技术，确定与典型使用工况的评价指标对应的目标实例与实例库中源实例之间的相似度；当典型使用工况的各评价指标均存在对应的最佳相似实例时，组成最佳相似实例集，输出最佳相似实例集中各元素的失效模式，并作为潜在失效模式；当典型使用工况的各评价指标没有或部分没有存在对应的最佳相似实例时，根据专家知识对失效模式进行预估，在此基础上，通过汽车起重机臂架结构参数化有限元模型和仿真计算平台，对失效模式的结果进行修正，并将预测修正后的结果作为新案例保存到失效模式模糊数据库中；（3）风险评估指标集的建立在步骤2的基础上，根据失效模式对应危险截面上危险点的分布，结合失效准则建立风险评估指标集；（4）计算评估指标权重考虑到臂架结构失效模式模糊数据库的有限性、专家的不确定性、及其经验与知识的模糊性，运用模糊改进DEMATEL法，结合无损检测技术得到的检测点（即危险点）的检测结果，确定汽车起重机臂架结构各风险评估指标的权重；（5）确定在役汽车起重机臂架结构的风险度基于汽车起重机臂架结构各检测点的权重系数，建立检测点的综合评价矩阵，得到臂架结构的综合评价矩阵，利用参数等级法对评价结果进行清晰化处理，最终得到臂架结构整体的风险度。进一步地，步骤（1）中，所述典型使用工况包括臂架结构的工作级别、载荷谱、伸缩油缸工作方式、支腿工作情况及超载使用情况；所述原始特征参数包括工作参数、作业速度和骨架系统结构参数，所述工作参数包括最大额定起重量、基本臂最大起重力矩、基本臂最大起升高度、主臂最大起升高度、副臂最大起升高度；所述作业速度包括单绳最大速度、起重臂起幅时间、起重臂落幅时间、起重臂全伸时间、起重臂全缩时间、回转速度；所述骨架系统结构参数包括材料、臂架类型、臂节数、主臂截面形式和各臂节的结构尺寸参数。进一步地，步骤（2）中，所述改进实例推理技术，是通过二次检索策略和改进的欧式距离算法，建立在役汽车起重机臂架结构潜在失效模式预测过程中的实例检索优化方案，确定典型使用工况下各评价指标的最佳相似实例；作为一种优选实施方式，步骤（2）中的汽车起重机臂架结构参数化有限元模型和仿真计算平台，是以microsoft.NetFramework为平台，以Visualstudio2013为开发工具，利用C#语言对ANSYS参数化文件的封装及调用，开发不同使用工况下汽车起重机臂架结构参数化有限元模型和仿真计算平台，通过输入待评估汽车起重机臂架结构的原始特征参数、典型使用工况，量化其失效模式的评定方式，对潜在失效模式进行修正。作为一种优选实施方式，步骤（4）中，所述模糊改进DEMATEL法，是通过构建各级风险评估指标之间的直接、间接影响模糊关系矩阵，推导各级评估指标的影响度矩阵与被影响度矩阵，从而获得各级评估指标的中心度和原因度，分析评估指标间的关联性与影响性，根据关联程度与影响程度分配权重。与现有技术相比，本专利技术具有如下效果：（1）本专利技术以失效模式模糊数据库为基础，将所有能够对起重机金属结构造成安全影响的潜在失效模式信息全部涵盖在内，同时分考虑了风险评估依赖专家经验与知识的不确定性与模糊性，有效避免了耦合失效模式下破坏试验周期长、成本高的弊端，量化待评估汽车起重机臂架结构的潜在失效风险，可以在臂架结构发生破坏前，及时、快速与准确地进行有针对性的主动维护，不仅可大幅度降低故障的发生率，延长其使用寿命；而且避免了过于频繁的维护增加过多的客户维修成本，能够有效地预测汽车起重机臂架结构的潜在失效模式，变被动维修为主动有针对性的维护，具有重要的现实意义。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术汽车起重机臂架结构风险评估的整体框架。图2是汽车起重机臂架结构失效模式模糊数据库的整体框架。图3是汽车起重机臂架结构失效模式预测流程。图4是汽车起重机臂架结构失效模式实例库的整体框架。图5是臂架No.1上伸缩油缸的插销位置。图6是基于参数化有限元模型和仿真计算平台的潜在失效模式修正。图7是臂架结构风险评估指标。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于潜在失效模式的汽车起重机臂架结构风险评估方法，其特征在于包括如下步骤：（1）搭建失效模式模糊数据库根据汽车起重机“下线→使用→定检→失效”流程，建立汽车起重机臂架结构失效模式模糊数据库，至少包括原始特征参数子数据库、典型使用工况子数据库和失效模式子数据库三个子数据库，各子数据库通过对起重机机型标识和检测序号标识进行匹配，并将相同机型标识与检测序号标识的汽车起重机原始特征参数、典型使用工况和失效模式组成一个工程实例；（2）潜在失效模式的预测与修正在步骤（1）的基础上，建立同一机型、不同典型使用工况下汽车起重机臂架结构失效模式实例库；待评估的在役汽车起重机臂架结构则通过收集典型使用工况，并将其作为目标实例，运用改进实例推理技术，确定与典型使用工况的评价指标对应的目标实例与实例库中源实例之间的相似度；当典型使用工况的各评价指标均存在对应的最佳相似实例时，组成最佳相似实例集，输出最佳相似实例集中各元素的失效模式，并作为潜在失效模式；当典型使用工况的各评价指标没有或部分没有存在对应的最佳相似实例时，根据专家知识对失效模式进行预估，在此基础上，通过汽车起重机臂架结构参数化有限元模型和仿真计算平台，对失效模式的结果进行修正，并将预测修正后的结果作为新案例保存到失效模式模糊数据库中；（3）风险评估指标集的建立在步骤2的基础上，根据失效模式对应危险截面上危险点的分布，结合失效准则建立风险评估指标集；（4）计算评估指标权重运用模糊改进DEMATEL法，结合无损检测技术得到的检测点的检测结果，确定汽车起重机臂架结构各风险评估指标的权重；（5）确定在役汽车起重机臂架结构的风险度基于汽车起重机臂架结构各检测点的权重系数，建立检测点的综合评价矩阵，得到臂架结构的综合评价矩阵，利用参数等级法对评价结果进行清晰化处理，最终得到臂架结构整体的风险度。...

【技术特征摘要】
1.一种基于潜在失效模式的汽车起重机臂架结构风险评估方法，其特征在于包括如下步骤：（1）搭建失效模式模糊数据库根据汽车起重机“下线→使用→定检→失效”流程，建立汽车起重机臂架结构失效模式模糊数据库，至少包括原始特征参数子数据库、典型使用工况子数据库和失效模式子数据库三个子数据库，各子数据库通过对起重机机型标识和检测序号标识进行匹配，并将相同机型标识与检测序号标识的汽车起重机原始特征参数、典型使用工况和失效模式组成一个工程实例；（2）潜在失效模式的预测与修正在步骤（1）的基础上，建立同一机型、不同典型使用工况下汽车起重机臂架结构失效模式实例库；待评估的在役汽车起重机臂架结构则通过收集典型使用工况，并将其作为目标实例，运用改进实例推理技术，确定与典型使用工况的评价指标对应的目标实例与实例库中源实例之间的相似度；当典型使用工况的各评价指标均存在对应的最佳相似实例时，组成最佳相似实例集，输出最佳相似实例集中各元素的失效模式，并作为潜在失效模式；当典型使用工况的各评价指标没有或部分没有存在对应的最佳相似实例时，根据专家知识对失效模式进行预估，在此基础上，通过汽车起重机臂架结构参数化有限元模型和仿真计算平台，对失效模式的结果进行修正，并将预测修正后的结果作为新案例保存到失效模式模糊数据库中；（3）风险评估指标集的建立在步骤2的基础上，根据失效模式对应危险截面上危险点的分布，结合失效准则建立风险评估指标集；（4）计算评估指标权重运用模糊改进DEMATEL法，结合无损检测技术得到的检测点的检测结果，确定汽车起重机臂架结构各风险评估指标的权重；（5）确定在役汽车起重机臂架结构的风险度基于汽车起重机臂架结构各检测点的权重系数，建立检测点的综合评价矩阵，得到臂架结构的综合评价矩阵，利用参数等级法对评价结果进行清晰化处理，最终得到臂架结构整体的风险度。2.如权利要求1所述基于潜在失效模式的汽车起重机臂架结构风险评估方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：董青，辛运胜，戚其松，徐格宁，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：山西,14