【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工程机械领域，具体涉及一种面向市场的矿用结构失效快速分析与优化方法。
技术介绍
1、目前矿用挖掘机国内市场竞争残酷，作为大型露天矿开采的关键设备，其性能和可靠性直接代表国家矿山开采的整体技术水平，并且直接影响和制约着大型露天矿的建设与运行。
2、矿用挖掘机体积大、结构复杂，工作环境恶劣，发生故障时结构件的失效形式和位置多种多样。
3、常规的挖掘机工作装置分析主要依靠国标中提到的四种极限姿态，分别对四种极限姿态进行强度校核，确定高应力区域，以此进行应力测试与结构优化。但是该方法仅能针对四种极限工况下的失效形式和位置，对于市场上失效的多数案例都无法解释，找不到失效的真正原因，后续的应力测试、结构优化也都变得盲目，具有很强的局限性。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种面向市场的矿用结构失效快速分析与优化方法，建立全姿态预分析数据库，并对高应力区域进行编号分类，当市场出现结构失效情况时，在全姿态预分析数据库中按照工况-开裂区域检索对应的编号；基于检索到的矿用挖掘机姿态，进行应力测试校核、结构优化并横向对比；能实现矿用挖掘机结构失效后全姿态检索，保证应力测试校核与结构优化的准确性。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种面向市场的矿用结构失效快速分析与优化方法，包括如下步骤：
3、s1、全姿态预分析数据库：所述全姿态预分析数据库包括矿用挖掘机在全部工况下的全部姿态下工作装置的结构应力预
4、s2、检索市场开裂问题：当市场出现结构失效情况时，在全姿态预分析数据库中按照工况-开裂区域检索对应编号的姿态；
5、s3、应力测试、结构优化以及横向对比，基于上述检索到的矿用挖掘机姿态，进行应力测试校核，根据上述测试校核结果判定相关姿态和工况是否违规操作。
6、进一步的，所述步骤s1中预应力分析指建立矿用挖掘机有限元模型，设置材料属性，划分网格，施加边界条件，最后通过有限元分析软件计算得到的矿用挖掘机各种工况下各部位的应力分布情况。
7、进一步的，所述高应力区域指上述结构预应力分析得到的应力分布中，应力明显高于其他部位的区域。所述高应力概念没有具体标准，根据不同的分析主体，以及不同的材料，工况等客观因素而变化，是挖掘机出现开裂问题时优先考虑的部位。
8、进一步的，所述步骤s2中：在检索阶段，全姿态预分析数据库中没有对应的高应力区域，则判定为质量问题。
9、进一步的，所述步骤s3中应力测试通过安装在矿用结构件上的传感器，在矿用结构件关键单元位置采集的数据，基于开发有labview软件的计算机上进行数据分析处理，特征提取以及信息融合后，得到失效部位的有限元计算边界条件。
10、进一步的，所述的传感器采用三向应变片压力传感器。通过数据采集系统，单个通道的采集频率为100hz，最终得到外载荷f随时间的变化历程。
11、对采集实测的载荷数据还需要进行去噪处理：选择标准化方法对载荷数据的异常峰值进行去除，对载荷信号进行z-score标准分数处理，选择阈值为5作为信号判断的标准。载荷信号的预处理选择小波阈值降噪方法，首先对原始载荷信号寻找适当的小波基db9、10级，确定分解层数并进行小波分解；然后选取heuristic sure阈值方法，阈值设置幅值变程的5%，进行去噪处理，计算小波系数阈值；进行小波逆变换；最后进行小波重组得到降噪后的数据信号。
12、进一步的，所述步骤s3中：根据上述测试校核结果判定相关姿态和工况是否违规操作，如果判定不属于违规操作，则上述的开裂情况属于结构设计问题，对该处结构进行优化，优化后的结构与优化前的结构在该姿态下进行横向对比，保证优化的有效性。
13、进一步的，采用尺寸优化的方法进行优化设计。将结构件各个零件板厚尺寸当作设计变量，以结构件的总质量最小作为设计变量的目标函数，以结构件的安全许用应力和最大位移作为约束条件，将设定的各变量全部关联起来进行优化。
14、进一步的，进行优化设计时，要限制各个设计变量的变化范围。
15、进一步的，将所述的结构件优化数学模型导入optistruct模块计算，进行仿真迭代，得到最优结果。
16、本专利技术的有益效果是：实现对矿用挖掘机全工况全姿态下高应力区域的匹配，全姿态预分析数据库的建立，使市场开裂问题的检索全面快速准确。利用此技术能够解决市场案例多样化，技术人员盲目测试优化的问题，同时提高矿用挖掘机开裂问题的解决效率，提高应力测试校核，结构优化与横向对比的有效性，可靠性。
17、实施方式
18、为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限制本专利技术的范围。
19、除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。
20、矿用挖掘机发生故障时依靠国标中提到的四种极限姿态进行强度校核，确定高应力区域，以此进行应力测试与结构优化，常规方法仅针对四种极限工况下的失效形式和位置，与市场上失效的多数案例都无法匹配，找不到结构失效的真正原因，盲目进行后续的应力测试、结构优化，具有很强的局限性。
21、一种面向市场的矿用结构失效快速分析与优化方法，包括如下步骤：
22、s1、全姿态预分析数据库；
23、s2、检索市场开裂问题；
24、s3、应力测试、结构优化以及横向对比。
25、s1、全姿态预分析数据库包括矿用挖掘机在全部工况下的全部姿态下工作装置的结构应力预分析，对上述预分析结果中存在的高应力区域进行编号分类，如a-1，a-2，a-3…，所述编号a-1指a工况下第1个高应力区域对应的矿用挖掘机姿态，以此类推，数据库中编号涵盖在全部工况下工作装置的结构应力预分析的全部高应力区域对应的全部姿态。所述结构应力预分析指建立矿用挖掘机有限元模型，设置材料属性，划分网格，施加边界条件，最后通过有限元分析软件计算得到的矿用挖掘机各种工况下各部位的应力分布情况。所述高应力区域指上述结构预应力分析得到的应力分布中，应力明显高于其他部位的区域。所述高应力概念没有具体标准，根据不同的分析主体，以及不同的材料，工况等客观因素而变化，是挖掘机出现开裂问题时优先考虑的部位。
26、s2、检索市场开裂问题指，当市场出现结构失效情况时，在全姿态预分析数据库中按照工况-开裂区域检索对应编号的姿态；比如在a工况工作时，矿用挖掘机编号2的位置出现开裂，则在全姿态预分析数据库中快速检索a-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向市场的矿用结构失效快速分析与优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种面向市场的矿用结构失效快速分析与优化方法，其特征在于：所述步骤S1中预应力分析指建立矿用挖掘机有限元模型，设置材料属性，划分网格，施加边界条件，最后通过有限元分析软件计算得到的矿用挖掘机各种工况下各部位的应力分布情况。
3.根据权利要求1所述的一种面向市场的矿用结构失效快速分析与优化方法，其特征在于：所述步骤S1中高应力区域指上述结构预应力分析得到的应力分布中，应力明显高于其他部位的区域，所述高应力概念没有具体标准，根据不同的分析主体，以及不同的材料，工况等客观因素而变化，是挖掘机出现开裂问题时优先考虑的部位。
4.根据权利要求1所述的一种面向市场的矿用结构失效快速分析与优化方法，其特征在于：所述步骤S2中：在检索阶段，全姿态预分析数据库中没有对应的高应力区域，则判定为质量问题。
5.根据权利要求1所述的一种面向市场的矿用结构失效快速分析与优化方法，其特征在于：所述步骤S3中应力测试通过安装在矿用结构件上的传感器，在矿用结构件关
6.根据权利要求5所述的一种面向市场的矿用结构失效快速分析与优化方法，其特征在于：所述的传感器采用三向应变片压力传感器，通过数据采集系统，单个通道的采集频率为100Hz，最终得到外载荷F随时间的变化历程。
7.根据权利要求5所述的一种面向市场的矿用结构失效快速分析与优化方法，其特征在于：对实测的载荷数据还需要进行去噪处理：选择标准化方法对载荷数据的异常峰值进行去除，对载荷信号进行Z-Score标准分数处理，选择阈值为5作为信号判断的标准；载荷信号的预处理选择小波阈值降噪方法，首先对原始载荷信号寻找适当的小波基db9、10级，确定分解层数并进行小波分解；然后选取Heuristic SURE阈值方法，阈值设置幅值变程的5%，进行去噪处理，计算小波系数阈值；进行小波逆变换；最后进行小波重组得到降噪后的数据信号。
8.根据权利要求1所述的一种面向市场的矿用结构失效快速分析与优化方法，其特征在于：所述步骤S3中：根据上述测试校核结果判定相关姿态和工况是否违规操作，如果判定不属于违规操作，则上述的开裂情况属于结构设计问题，对该处结构进行优化，优化后的结构与优化前的结构在该姿态下进行横向对比，保证优化的有效性。
...【技术特征摘要】
1.一种面向市场的矿用结构失效快速分析与优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种面向市场的矿用结构失效快速分析与优化方法，其特征在于：所述步骤s1中预应力分析指建立矿用挖掘机有限元模型，设置材料属性，划分网格，施加边界条件，最后通过有限元分析软件计算得到的矿用挖掘机各种工况下各部位的应力分布情况。
3.根据权利要求1所述的一种面向市场的矿用结构失效快速分析与优化方法，其特征在于：所述步骤s1中高应力区域指上述结构预应力分析得到的应力分布中，应力明显高于其他部位的区域，所述高应力概念没有具体标准，根据不同的分析主体，以及不同的材料，工况等客观因素而变化，是挖掘机出现开裂问题时优先考虑的部位。
4.根据权利要求1所述的一种面向市场的矿用结构失效快速分析与优化方法，其特征在于：所述步骤s2中：在检索阶段，全姿态预分析数据库中没有对应的高应力区域，则判定为质量问题。
5.根据权利要求1所述的一种面向市场的矿用结构失效快速分析与优化方法，其特征在于：所述步骤s3中应力测试通过安装在矿用结构件上的传感器，在矿用结构件关键单元位置采集的数据，基于开发有labview软件的计算机上进行数据分析处理，特征提取以及信息融...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔慕春，王艺，姚红，
申请(专利权)人：徐州徐工矿业机械有限公司，
类型：发明
国别省市：
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