一种基于介尺度超声畸窄带的收割机健康监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于介尺度超声畸窄带的收割机健康监测方法，包括如下步骤：S1、收割机结构损伤位置的确定；S2、损伤位置中介尺度区域的临界性筛选；S3、介尺度区域的超声能量采集；S4、介尺度区域无损伤状态的超声能量求解，获得超声能量畸窄带；S5、基于介尺度超声能量畸窄带的收割机健康状态计算。该监测方法实时、高效、准确。

【技术实现步骤摘要】
一种基于介尺度超声畸窄带的收割机健康监测方法
本专利技术涉及收割机健康监测方法，特别涉及一种基于介尺度超声畸窄带的收割机健康监测方法。
技术介绍
随着农业规模化生产的深入，收割机的连续作业时间与工况恶劣程度不断刷新着历史，其运行过程中的安全性愈发受到重视。由于作业周期的连续性与气候环境的恶化，微小的损伤都可能会酿成巨大的危害。因此，在工作过程中对收割机的健康状态进行实时监测是必要的。目前对收割机结构的健康监测大多停留在停机离线状态下通过无损探伤的手段来加以监测，并没有考虑实时工况条件下通过损伤更为细化的介尺度损伤的超声指标来对其进行健康状态的监测，故监测精度低。因此，从介尺度损伤的超声细化指标出发来对收割机健康状态进行在线监测是必要的。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术目的是提供一种基于介尺度超声畸窄带的收割机健康监测方法。技术方案：本专利技术提供一种基于介尺度超声畸窄带的收割机健康监测方法，包括如下步骤：S1、收割机结构损伤位置的确定；S2、损伤位置中介尺度区域的临界性筛选；S3、介尺度区域的超声能量采集；S4、介尺度区域无损伤状态的超声能量求解，获得超声能量畸窄带；S5、基于介尺度超声能量畸窄带的收割机健康状态计算。进一步地，所述S1中损伤位置的确定方法：建立收割机的三维模型，然后三维模型导入有限元分析软件中，采用自动模式对其网格进行划分，在前处理模块中定义并设置相应的约束条件，并对收割机模型施加相应的载荷，完毕后在后处理模块中对其静态应力与应变进行求解，确定收割机结构在工况条件下的损伤位置及损伤位置的应力分布情况。进一步地，所述S2中筛选方法：以S1分析结果为基础，在损伤位置布置声发射装置，布置位置为损伤位置的几何中心；通过S1分析的结果确定冲击载荷加载区域，区域的选择位置为有限元分析结果中最小应力值所对应的区域，在选择好的载荷点位置施加冲击激励载荷，用声发射装置对此处的冲击量Ci进行检测，i为损伤位置的编号，i＝1，2，3...N，N为损伤位置的总个数，计算介尺度的临界冲击值J，式中，J为待分析收割机结构中的介尺度临界冲击值；N为损伤位置的总个数；Ci为收割机结构中每个损伤位置的冲击量；ε为结构载荷适用性系数，当承受的载荷为复合载荷时，ε取值为1.2；β为焊接结构品质系数，收割机按使用年限进行分类，当使用期为1年以下时，β取值为1，当使用期为1-3年时，β取值为0.9，当使用期为3-5年时，β取值为0.8，当使用期为5年以上时，β取值为0.7；ΔK为收割机结构中对应于损伤位置的应力强度因子，通过有限元分析的方法获得，计算完毕后当第i个损伤位置的冲击量Ci大于介尺度的临界冲击值J时，即认为编号为i的损伤位置为介尺度区域。进一步地，所述S3介尺度区域的超声能量采集方法：在S2中确定的介尺度区域中布置超声波装置，对第i号位置的超声能量值Ii进行采集，用收割机自身工作过程中的振动作为输入性冲击载荷，并用有限元手段计算收割机在工况条件下所能产生的输入性振动冲击载荷的最大值，记为Fmax。进一步地，所述S4中介尺度区域无损伤状态的超声能量求解，获得超声能量畸窄带的方法：在S3中确定的输入性振动冲击载荷最大值Fmax的基础上，将此载荷导入到收割机的有限元分析模型中，加载点位置为S1中确定的最小应力值所对应的区域，然后待约束与后处理条件设置完毕后，在有限元分析软件的声学分析模块中对介尺度区域的超声能量值的变化区间进行求解，即取1.37Qi至2.11Qi的区间为超声能量的畸窄带，Qi为通过有限元手段分析得到的第i个位置在无损伤状态下的最大超声能量值。进一步地，所述S5中基于介尺度超声能量畸窄带的收割机健康状态计算方法：在S3与S4的基础上，实时将介尺度区域的超声能量值Ii、1.37Qi、2.11Qi代入下式，对第i个区域的健康状态值Zi进行计算，i为损伤位置编号，式中，Zi为第i个区域的健康状态值；Qi为通过有限元手段分析得到的第i个位置在无损伤状态下的最大超声能量值；Ii为介尺度区域的超声能量值；i为损伤位置编号；ΔK为收割机结构中对应于损伤位置的应力强度因子，通过有限元分析的方法获得。有益效果：本专利技术可以实现工况条件下收割机健康状态的实时监测，通过介尺度损伤单元的超声检测来粗略确定损伤区域，并进一步通过超声指标中的畸窄带区间值来估算收割机的健康状态值，有利于精确地实时获取工况条件下的收割机健康状态值，从而更有效的确保收割机运行工作过程中的安全性。附图说明图1为本专利技术方法的流程图。具体实施方式如图1所示，本实施例的方法包括以下步骤：S1.收割机结构损伤位置的确定：建立收割机的三维模型，然后将建立完毕的三维模型导入到有限元分析软件中，采用自动模式对其网格进行划分，在前处理模块中定义并设置相应的约束条件，并对收割机模型施加相应的载荷，完毕后在后处理模块中对其静态应力与应变进行求解，确定收割机结构在工况条件下的损伤位置及损伤位置的应力分布情况。S2.损伤位置中介尺度区域的临界性筛选：在S1中分析结果的基础上，在有限元分析确定的损伤位置中布置一般特征的声发射装置，声发射传感器的布置位置即为S1中确定的各损伤位置的几何中心。在S1分析的结果中，确定一个冲击载荷加载区域，区域的选择位置为有限元分析结果中最小应力值所对应的区域。然后在选择好的载荷点位置施加150N的冲击激励载荷，运用一般特征的声发射传感器对此处的冲击量Ci进行检测(i为损伤位置的编号，i＝1，2，3...N，N为损伤位置的总个数)。计算介尺度的临界冲击值J，其中，J为待分析收割机结构中的介尺度临界冲击值；N为损伤位置的总个数；Ci为收割机结构中每个损伤位置的冲击量；ε为结构载荷适用性系数，当承受的载荷为复合载荷时，ε取值为1.2；β为焊接结构品质系数，收割机按使用年限进行分类，当使用期为1年以下时，β取值为1，当使用期为1-3年时，β取值为0.9，当使用期为3-5年时，β取值为0.8，当使用期为5年以上时，β取值为0.7；ΔK为收割机结构中对应于损伤位置的应力强度因子，通过有限元分析的方法加以获得。计算完毕后当第i个损伤位置的冲击量Ci大于介尺度的临界冲击值J时，即认为编号为i的损伤位置为介尺度区域。S3.介尺度区域的超声能量采集：在S2中确定的介尺度区域中布置超声波装置的传感器，对第i号位置的超声能量Ii(i为编号)进行采集。利用收割机自身工作过程中的振动作为输入性冲击载荷，并运用有限元手段计算收割机在工况条件下所能产生的输入性振动冲击载荷的最大值，记为Fmax。S4.介尺度区域无损伤状态的超声能量求解：在S3中确定的输入性振动冲击载荷最大值Fmax的基础上，将此载荷导入到收割机的有限元分析模型中，加载点位置为S1中确定的最小应力值所对应的区域。然后待约束与后处理条件设置完毕后，在有限元分析软件的声学分析模块中对介尺度区域的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于介尺度超声畸窄带的收割机健康监测方法，其特征在于：包括如下步骤：/nS1、收割机结构损伤位置的确定；/nS2、损伤位置中介尺度区域的临界性筛选；/nS3、介尺度区域的超声能量采集；/nS4、介尺度区域无损伤状态的超声能量求解，获得超声能量畸窄带；/nS5、基于介尺度超声能量畸窄带的收割机健康状态计算。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于介尺度超声畸窄带的收割机健康监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、收割机结构损伤位置的确定；
S2、损伤位置中介尺度区域的临界性筛选；
S3、介尺度区域的超声能量采集；
S4、介尺度区域无损伤状态的超声能量求解，获得超声能量畸窄带；
S5、基于介尺度超声能量畸窄带的收割机健康状态计算。


2.根据权利要求1所述的基于介尺度超声畸窄带的收割机健康监测方法，其特征在于：所述S1中损伤位置的确定方法：建立收割机的三维模型，然后三维模型导入有限元分析软件中，采用自动模式对其网格进行划分，在前处理模块中定义并设置相应的约束条件，并对收割机模型施加相应的载荷，完毕后在后处理模块中对其静态应力与应变进行求解，确定收割机结构在工况条件下的损伤位置及损伤位置的应力分布情况。


3.根据权利要求2所述的基于介尺度超声畸窄带的收割机健康监测方法，其特征在于：所述S2中筛选方法：以S1分析结果为基础，在损伤位置布置声发射装置，布置位置为损伤位置的几何中心；通过S1分析的结果确定冲击载荷加载区域，区域的选择位置为有限元分析结果中最小应力值所对应的区域，在选择好的载荷点位置施加冲击激励载荷，用声发射装置对此处的冲击量Ci进行检测，i为损伤位置的编号，i＝1，2，3...N，N为损伤位置的总个数，计算介尺度的临界冲击值J，



式中，J为待分析收割机结构中的介尺度临界冲击值；N为损伤位置的总个数；Ci为收割机结构中每个损伤位置的冲击量；ε为结构载荷适用性系数，当承受的载荷为复合载荷时，ε取值为1.2；β为焊接结构品质系数，收割机按使用年限进行分类，当使用期为1年以下时，β取值为1，当使用期为1-3年时，β取值为0.9，当使用期为3-5年时，β取值为0.8，当使用期为5年以上时，β取值为0.7；ΔK为收割机结构中对应于损伤位...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱林，郭广明，孙进，王鹏，黄嘉铭，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32