基于实时风荷载动态耦合智慧灯杆残余寿命测算方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于实时风荷载动态耦合智慧灯杆残余寿命测算方法及系统，包括：通过线性静态有限元求解得到灯杆危险区域在单位载荷下的初始应力解；利用雨流计数法将环境检测设备读取的风载荷实时历程数据筛分为若干组恒定幅值的载荷组，并以此为缩放系数计算得到这些恒幅载荷所对应的疲劳应力解；再结合载荷形式、尺寸效应、表面粗糙度以及平均应力等影响对疲劳寿命进行修正；根据标准材料试样的寿命曲线，计算得到当前每种幅值载荷对杆体寿命的已损耗程度、所有幅值叠加下的疲劳累加损伤以及杆体的残余寿命。本发明专利技术根据得出的杆体寿命残值对即将失效的杆件做出判断预警，提醒使用者及时对杆件进行更换，避免安全事故发生，减少生命财产损失。减少生命财产损失。减少生命财产损失。

【技术实现步骤摘要】
基于实时风荷载动态耦合智慧灯杆残余寿命测算方法及系统


[0001]本专利技术涉及智慧灯杆
，具体地，涉及基于实时风荷载动态耦合智慧灯杆残余寿命测算方法及系统。

技术介绍

[0002]随着城市信息化发展，近年来智慧灯杆、多杆合一在城市建设中大量应用，杆体上挂载各类设备及标识标牌，对杆体使用寿命造成诸多不确定的影响，随着近年来各地异常台风气象天气逐渐增多，各地杆体断裂，倾倒现象严重，造成大量生命财产损失。
[0003]现有解决方案主要是在设计时利用使用地的极限最大风压(一般取100年一遇或50年一遇风压)，通过静态受力分析测算，计算杆体钢度、强度是否满足使用需要；但是杆体使用寿命却无法进行有效的测算，影响杆体使用安全和使用寿命的因素除了设计时在极限风压下的钢度、强度指标外，还有长时间在不同大小、不同方向风压作用下的材质的疲劳损伤。
[0004]灯杆常见失效形式有静态失效和疲劳失效两种，静态失效是指由于载荷大于材料极限而引起杆体断裂的现象，其校核过程相对简单，工程应用较多；而疲劳是一种更为常见的失效形式，是指在载荷远小于材料极限下，随着循环次数的增加，杆体提前出现裂纹并扩散直至断裂的现象，由于其计算过程较为繁琐困难，固灯杆领域应用较少，鉴于此，本专利技术将以此为出发点，对交变载荷下的杆体进行实时寿命预测，完善灯杆设计的相关理论。
[0005]专利文献CN112033590A(申请号：202010834738.3)公开了一种连杆残余应力的测量及控制方法，选择同一批次的柴油机连杆，步骤如下：步骤一、确定残余应力的测量阶段：第一阶段：锻造工序后进行残余应力检测，测量锻造后连杆的残余应力；第二阶段：热处理调质工序后进行残余应力检测，测量调质后连杆的残余应力；第三阶段：对连杆大头孔粗车后进行残余应力检测，测量大头粗车后的残余应力；第四阶段：对喷丸工序后进行残余应力检测，测量喷丸后的残余应力；第五阶段：连杆、杆身分别完成单件加工后，进行残余应力检测。
[0006]本专利技术要解决的技术问题包括：
[0007]1、解决了无法对杆体寿命进行实时测算的问题；
[0008]2、由于气象环境的不可预见性，无法模拟实际环境数据对杆体疲劳进行预测计算，无法得到杆体使用寿命；
[0009]3、本专利技术给出杆体剩余寿命预警参考值，解决了杆体使用者不知道何时进行杆体更换的问题，解决了传统统一更换提前了造成经济浪费，统一更换延迟了存在安全隐患的问题。
[0010]基于现有技术的不足，本专利技术将实时采集的动态环境风压风向数据与杆体标准疲劳材质计算参数相结合，通过建立杆体有限元分析模型，将采集数据耦合输入到ANSYS软件进行动态有限元疲劳分析，测算杆体疲劳失效寿命，得出杆体寿命残值。对即将失效的杆件做出判断进行预警，提醒使用者及时对杆件进行更换，避免安全事故发生，减少生命财产损
失。

技术实现思路

[0011]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于实时风荷载动态耦合智慧灯杆残余寿命测算方法及系统。
[0012]根据本专利技术提供的一种基于实时风荷载动态耦合智慧灯杆残余寿命测算方法，包括：
[0013]步骤S1：标准材料通过查询对应标准获得一定存活率下的S
‑
N曲线，非标准材料通过实验测试方法获得一定存活率下的S
‑
N曲线。
[0014]步骤S2：建立有限元灯杆模型，并通过线性静态有限元求解得到灯杆危险区域在单位载荷下的初始应力解；
[0015]步骤S3：利用环境检测设备记录灯杆安装地时间t内实时风荷载
‑
时间数据；
[0016]步骤S4：将实时风荷载
‑
时间数据导入到ncode软件中，利用雨流计数法得到m组恒定幅值载荷；
[0017]步骤S5：根据初始应力解与m组恒定幅值载荷计算得到m组恒定幅值疲劳应力解；
[0018]步骤S6：利用m组恒定幅值疲劳应力解中应力幅值，结合载荷形式、尺寸效应、表面粗糙度以及m组恒定幅值疲劳应力解中平均应力的影响对疲劳寿命进行修正，得到m组修正后的交变疲劳应力解；
[0019]步骤S7：根据m组修正后的交变疲劳应力解中交变应力和一定存活率下的S
‑
N曲线，得到各组在对应交变应力下的寿命；
[0020]步骤S8：根据各组在对应交变应力下的寿命计算得到每组交变应力对危险区域寿命损伤，对m组交变应力对危险区域寿命损伤求和得到时间t内风载荷对危险区域杆体损伤；重复触发步骤S3
‑
S8循环，将得到每个时间t内风载荷对危险区域杆体寿命损伤进行累加，得到总寿命损伤k
add
；
[0021]步骤S9：根据总寿命损伤得到杆体残余寿命；
[0022]所述有限元灯杆模型是根据项目地杆型要求建立的，用于计算每一单位风压载荷下，危险区域对应应力值。
[0023]优选地，所述m组恒定幅值载荷包括频次、每组幅值以及平均幅值；
[0024]所述根据初始应力解与m组恒定幅值载荷计算得到m组恒定幅值疲劳应力解采用：
[0025]σ＝σ0*(p/p
avg
)
ꢀꢀ
(1)
[0026]其中，σ表示m组恒定幅值疲劳应力解；m组疲劳应力解包括：频次n、应力幅值σ
a
以及平均应力σ
m
；σ0表示初始应力解；p
avg
表示平均幅值；p表示每组幅值。
[0027]优选地，所述步骤S6采用：
[0028][0029]其中，σ
a
表示应力幅值；σ
m
表示平均应力；σ
uts
表示材料屈服强度；σ
‑1表示m组修正后的交变疲劳应力解。
[0030]优选地，所述步骤S8采用：
[0031][0032]其中，k
i
表示每组交变应力对危险区域寿命损伤；m表示m组；N
i
表示各组在对应交变应力下的寿命；n表示频次。
[0033]优选地，根据计算得到的杆体残余寿命，对即将失效的杆件做出判断并进行预警。
[0034]根据本专利技术提供的一种基于实时风荷载动态耦合智慧灯杆残余寿命测算系统，包括：
[0035]模块M1：标准材料通过查询对应标准获得一定存活率下的S
‑
N曲线，非标准材料通过实验测试方法获得一定存活率下的S
‑
N曲线。
[0036]模块M2：建立有限元灯杆模型，并通过线性静态有限元求解得到灯杆危险区域在单位载荷下的初始应力解；
[0037]模块M3：利用环境检测设备记录灯杆安装地时间t内实时风荷载
‑
时间数据；
[0038]模块M4：将实时风荷载
‑
时间数据导入到ncode软件中，利用雨流计数法得到m组恒定幅值载荷；
[0039]模块M5：根据初始应力解与m组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于实时风荷载动态耦合智慧灯杆残余寿命测算方法，其特征在于，包括：步骤S1：标准材料通过查询对应标准获得一定存活率下的S
‑
N曲线，非标准材料通过实验测试方法获得一定存活率下的S
‑
N曲线。步骤S2：建立有限元灯杆模型，并通过线性静态有限元求解得到灯杆危险区域在单位载荷下的初始应力解；步骤S3：利用环境检测设备记录灯杆安装地时间t内实时风荷载
‑
时间数据；步骤S4：将实时风荷载
‑
时间数据导入到ncode软件中，利用雨流计数法得到m组恒定幅值载荷；步骤S5：根据初始应力解与m组恒定幅值载荷计算得到m组恒定幅值疲劳应力解；步骤S6：利用m组恒定幅值疲劳应力解中应力幅值，结合载荷形式、尺寸效应、表面粗糙度以及m组恒定幅值疲劳应力解中平均应力的影响对疲劳寿命进行修正，得到m组修正后的交变疲劳应力解；步骤S7：根据m组修正后的交变疲劳应力解中交变应力和一定存活率下的S
‑
N曲线，得到各组在对应交变应力下的寿命；步骤S8：根据各组在对应交变应力下的寿命计算得到每组交变应力对危险区域寿命损伤，对m组交变应力对危险区域寿命损伤求和得到时间t内风载荷对危险区域杆体损伤；重复触发步骤S3
‑
S8循环，将得到每个时间t内风载荷对危险区域杆体寿命损伤进行累加，得到总寿命损伤k
add
；步骤S9：根据总寿命损伤得到杆体残余寿命；所述有限元灯杆模型是根据项目地杆型要求建立的，用于计算每一单位风压载荷下，危险区域对应应力值。2.根据权利要求1所述的基于实时风荷载动态耦合智慧灯杆残余寿命测算方法，其特征在于，所述m组恒定幅值载荷包括频次、每组幅值以及平均幅值；所述根据初始应力解与m组恒定幅值载荷计算得到m组恒定幅值疲劳应力解采用：σ＝σ0*(p/p
avg
)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，σ表示m组恒定幅值疲劳应力解；m组疲劳应力解包括：频次n、应力幅值σ
a
以及平均应力σ
m
；σ0表示初始应力解；p
avg
表示平均幅值；p表示每组幅值。3.根据权利要求1所述的基于实时风荷载动态耦合智慧灯杆残余寿命测算方法，其特征在于，所述步骤S6采用：其中，σ
a
表示应力幅值；σ
m
表示平均应力；σ
uts
表示材料屈服强度；σ
‑1表示m组修正后的交变疲劳应力解。4.根据权利要求1所述的基于实时风荷载动态耦合智慧灯杆残余寿命测算方法，其特征在于，所述步骤S8采用：其中，k
i
表示每组交变应力对危险区域寿命损伤；m表示m组；N
i
表示各组在对应交变应力下的寿命；n表示频次。
5.根据权利要求1所述的基于实时风荷载动态耦合智慧灯杆残余寿命测算方法，其特征在于，根据计算得到的杆体残余寿命，对即将失效的杆件做出判断并进行预警。6.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李付伟，卢阳，刘云鹏，武琼，
申请(专利权)人：上海五零盛同信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：