一种考虑剩余强度退化的千米深井提升机时变可靠性评估方法，属于机械产品机械结构可靠性技术研究领域。千米深井提升机时变可靠性评估方法。首先，定义随机变量，运用拉丁超立方抽样方法产生抽样矩阵，将每一组样本变量代入Ansys中求解，获取对应的最大等效应力，使用Kriging代理模型建立提升机概率随机响应。然后，运用Simulink软件仿真钢丝绳的张力历程，根据疲劳理论，建立提升机主轴剩余强度退化模型。最后，根据应力‑强度干涉模型，建立提升机主轴的性能函数，并运用二元降维方法和稀疏网格方法求解前四阶矩，运用鞍点逼近方法求解提升机的时变可靠度。本发明专利技术考虑剩余强退化的时变可靠性，能够反映可靠度与提升次数的变化关系，有利于保障提升机可靠运行。
【技术实现步骤摘要】
考虑剩余强度退化的千米深井提升机时变可靠性评估方法
本专利技术涉及一种考虑剩余强度退化的千米深井提升机时变可靠性评估方法，属于机械产品机械结构可靠性技术研究领域。
技术介绍
埋藏在浅层地表的煤炭资源随着过度开采而不断减少，向深地发展成为我国煤炭开采的策略。提升机作为重要的运输工具，承担着把煤炭从千米井底运送到地面的任务。随着服役年限的增加，疲劳强度退化成为影响提升机可靠运行的重要因素。由于疏松的材质和不正确热处理造成的晶粒粗大，材质为45MnMo的千米深井提升机主轴会发生突然脆断，这种突然脆断的现象却发生在应力低于材料的屈服应力。造成断裂事故发生的外部原因是提升过程中振动等不确定因素导致主轴应力具有很大的随机性。其内部原因是主轴存在微小的裂纹，在交变载荷的作用下其裂纹不断扩展，最终导致脆断。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种考虑剩余强度退化的千米深井提升机时变可靠性评估方法，解决预测千米深井提升机主轴因高周疲劳而发生突然脆断的概率的技术问题。本专利技术的目的是这样实现的：考虑剩余强度退化的千米深井提升机时变可靠性评估方法，首先，定义随机变量，运用拉丁超立方抽样方法产生抽样矩阵，将每一组样本变量代入Ansys有限元仿真软件中求解，获取对应的最大等效应力，使用Kriging代理模型将抽样矩阵和对应的最大等效应力进行拟合，获得提升机概率随机响应；然后，定义钢丝绳运行参数，运用Simulink动力学系统建模与仿真软件仿真钢丝绳的张力历程，修正主轴的应力-寿命曲线，即S-N曲线，根据Palmgren-Miner线性累积损伤理论，建立提升机主轴剩余强度模型；最后，根据应力-强度干涉模型，建立提升机主轴的性能函数，并运用二元降维方法对性能函数进行降维，运用稀疏网格方法求解性能函数的前四阶矩，运用鞍点逼近方法求解提升机的时变可靠度，并绘制时变可靠度曲线。其实现步骤具体如下：步骤1、将主轴的尺寸及载荷定义为变量，确定各变量的均值和方差，确定各变量的分布类型；步骤2、对提升机进行方程式建模，并运用Ansys有限元仿真软件对所建立的三维模型进行静力学分析；步骤3、根据步骤1所确定的变量均值和方差，运用拉丁超立方抽样方法对变量进行抽样，生成抽样矩阵；步骤4、根据步骤3所确定的抽样矩阵，将每一组样本变量代入Ansys有限元仿真软件中求解，获取对应的最大等效应力；步骤5、使用Kriging代理模型将抽样矩阵和对应的最大等效应力进行拟合，获得提升机概率随机响应；步骤6、定义钢丝绳运行参数，建立张力的微分方程，并运用Simulink动力学系统建模与仿真软件仿真钢丝绳的张力历程；步骤7、运用平均应力修正方法修正主轴的S-N；步骤8、根据Palmgren-Miner线性累积损伤理论，建立提升机主轴剩余强度退化模型；步骤9、根据应力-强度干涉模型，建立提升机主轴的性能函数，并运用二元降维方法对性能函数进行降维；步骤10、运用稀疏网格方法求解性能函数的前四阶矩；步骤11、运用鞍点逼近方法求解提升机的时变可靠度，并绘制时变可靠度曲线。所述的步骤7，具体为：运用Goodman平均应力修正方法或Morrow平均应力修正方法修正主轴的应力-寿命曲线，即S-N曲线。所述的步骤9，具体为：根据应力-强度干涉模型，建立提升机主轴的性能函数；运用二元降维方法对性能函数进行降维，降维后的近似性能函数如下：式中：n—随机向量X的维数；X—随机向量；U—X经过Rosenblatt变换后的随机向量，所述的Rosenblatt公式如下：U＝Φ-1[F(X)]式中：F表示随机向量X的联合累积分布函数；Φ-1[·]表示标准正态分布函数的逆。有益效果，由于采用了上述方案，千米深井提升机时变可靠性评估，能够预测提升机可靠度与提升次数的变化关系，有利于保障提升机可靠运行，在脆断事故发生之前及时采取措施，同时，对于复杂的性能函数，特别是针对工程问题，二元降维方法和稀疏网格方法的使用，极大地提高计算效率，同时还保证了工程精度。1)对于复杂的性能函数，二元降维方法和稀疏网格方法的使用，极大地提高计算效率，同时还保证了工程精度。2)考虑剩余强退化的时变可靠性评估方法能够预测提升机可靠度与提升次数的变化关系，有利于保障提升机可靠运行。解决了预测千米深井提升机主轴因高周疲劳而发生突然脆断的概率的技术问题，达到了本专利技术的目的。优点：本专利技术考虑剩余强退化的时变可靠性，能够反映提升机可靠度与提升次数的变化关系，有利于保障提升机可靠运行，同时，对于复杂的性能函数，特别是针对工程问题，二元降维方法和稀疏网格方法的使用，极大地提高计算效率，同时还保证了工程精度。附图说明图1为本专利技术的考虑剩余强度退化的千米深井提升机时变可靠性评估方法的技术路线图。图2为本专利技术的提升机主轴的二维结构图。图3为本专利技术的提升机主轴的最大等效应力响应样本图。图4为本专利技术的Simulink软件仿真的钢丝绳的张力历程图。图5为本专利技术的提升机的时变可靠度曲线图。图中，1、轴段一；2、轴段二；3、轴段三；4、轴段四；5、轴段五；6、轴段六；7、轴段七；8、轴段八；9、轴段九；10、轴段十；11、轴段十一。具体实施方式考虑剩余强度退化的千米深井提升机时变可靠性评估方法，首先，定义随机变量，运用拉丁超立方抽样方法产生抽样矩阵，将每一组样本变量代入Ansys有限元仿真软件中求解，获取对应的最大等效应力，使用Kriging代理模型将抽样矩阵和对应的最大等效应力进行拟合，获得提升机概率随机响应；然后，定义钢丝绳运行参数，运用Simulink动力学系统建模与仿真软件仿真钢丝绳的张力历程，修正主轴的应力-寿命曲线，即S-N曲线，根据Palmgren-Miner线性累积损伤理论，建立提升机主轴剩余强度退化模型；最后，根据应力-强度干涉模型，建立提升机主轴的性能函数，并运用二元降维方法对性能函数进行降维，运用稀疏网格方法求解性能函数的前四阶矩，运用鞍点逼近方法求解提升机的时变可靠度，并绘制时变可靠度曲线。其实现步骤具体如下：步骤1、将主轴的尺寸及载荷定义为变量，确定各变量的均值和方差，确定各变量的分布类型；步骤2、对提升机进行方程式建模，并运用Ansys有限元仿真软件对所建立的三维模型进行静力学分析；步骤3、根据步骤1所确定的变量均值和方差，运用拉丁超立方抽样方法对变量进行抽样，生成抽样矩阵；步骤4、根据步骤3所确定的抽样矩阵，将每一组样本变量代入Ansys有限元仿真软件中求解，获取对应的最大等效应力；步骤5、使用Kriging代理模型将抽样矩阵和对应的最大等效应力进行拟合，获得提升机概率随机响应；步骤6、定义钢丝绳运行参数，建立张力的微分方程，并运用Simulink动力学系统建模与仿真软件仿真钢丝绳的张力历程；步骤7、运用平均应力修正方法修正主轴的S-N；步骤8、根据Palmgren-Miner线性累积损伤理论，建立提升机主轴剩余强度退化模型；步骤9、根据应力-强度干涉模型，建立提升机主轴的性能函数，并运用二元降维方法对性能函数进行降维；步骤10、运用稀疏网格方法求解性能函数的前四阶矩；步骤11、运用鞍点逼近方法求解提升机的时变可靠度，并绘制时变可靠度曲线。所述的步骤7，具体为：运用Goodman平均应力修正方法或Morrow平均应力修正方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑剩余强度退化的千米深井提升机时变可靠性评估方法，其特征是：考虑剩余强度退化的千米深井提升机时变可靠性评估方法，首先，定义随机变量，运用拉丁超立方抽样方法产生抽样矩阵，将每一组样本变量代入Ansys有限元仿真软件中求解，获取对应的最大等效应力，使用Kriging代理模型将抽样矩阵和对应的最大等效应力进行拟合，获得提升机概率随机响应；然后，定义钢丝绳运行参数，运用Simulink动力学系统建模与仿真软件仿真钢丝绳的张力历程，修正主轴的应力‑寿命曲线，即S‑N曲线，根据Palmgren‑Miner线性累积损伤理论，建立提升机主轴剩余强度退化模型；最后，根据应力‑强度干涉模型，建立提升机主轴的性能函数，并运用二元降维方法对性能函数进行降维，运用稀疏网格方法求解性能函数的前四阶矩，运用鞍点逼近方法求解提升机的时变可靠度，并绘制时变可靠度曲线。
【技术特征摘要】
1.一种考虑剩余强度退化的千米深井提升机时变可靠性评估方法，其特征是：考虑剩余强度退化的千米深井提升机时变可靠性评估方法，首先，定义随机变量，运用拉丁超立方抽样方法产生抽样矩阵，将每一组样本变量代入Ansys有限元仿真软件中求解，获取对应的最大等效应力，使用Kriging代理模型将抽样矩阵和对应的最大等效应力进行拟合，获得提升机概率随机响应；然后，定义钢丝绳运行参数，运用Simulink动力学系统建模与仿真软件仿真钢丝绳的张力历程，修正主轴的应力-寿命曲线，即S-N曲线，根据Palmgren-Miner线性累积损伤理论，建立提升机主轴剩余强度退化模型；最后，根据应力-强度干涉模型，建立提升机主轴的性能函数，并运用二元降维方法对性能函数进行降维，运用稀疏网格方法求解性能函数的前四阶矩，运用鞍点逼近方法求解提升机的时变可靠度，并绘制时变可靠度曲线。2.根据权利要求1所述的考虑剩余强度退化的千米深井提升机时变可靠性评估方法，其特征是：其实现步骤具体如下：步骤1、将主轴的尺寸及载荷定义为变量，确定各变量的均值和方差，确定各变量的分布类型；步骤2、对提升机进行方程式建模，并运用Ansys有限元仿真软件对所建立的三维模型进行静力学分析；步骤3、根据步骤1所确定的变量均值和方差，运用拉丁超立方抽样方法对变量进行抽样，生成抽样矩阵；步骤4、根据步骤3所确定的抽样矩阵，将每一组样本变量代入Ansys有限元仿真软件中求解，获取对应的最大...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹爽，卢昊，朱真才，彭玉兴，周公博，王大刚，沈刚，任冯斌，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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