基于声发射的在役１６锰钢承力件二向应力及三向应力下形变损伤状态评估系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于声发射的在役１６锰钢承力件二向应力及三向应力下形变损伤状态评估系统，该系统的原始波形信号提取单元（１）对多路传感信息Ｓｎ进行模数转换后输出声发射波形信息ｆ０（Ｔ）；形变损伤状态波形及参数分析单元（２）对声发射波形信息ｆ０（Ｔ）进行分析，判断并输出形变损伤状态波形及参数矩阵Ｇ＝［ｆｋ（Ｔ），Ａ，ＡＦ，ＤＴ］给形变损伤等级评定单元（３）进行二向应力及三向应力状态形变损伤状态评定，并输出形变损伤等级信息Ｃ（Ｊ）到预警单元（４）进行报警；本发明专利技术通过声发射技术对在役１６Ｍｎ钢承力件进行监测，得到声发射信号表示的二向应力和三向应力下形变损伤状态信息，并评定形变损伤等级。应用本发明专利技术能够对１６Ｍｎ钢承力件二向应力和三向应力下形变损伤状态进行直观、定量、实时的评估判断，从而做出预警，减少装备及人员伤亡等损失。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对港口大型机械设备中的承力件进行形变损伤状态的定量评估， 更特别地说，是指一种基于声发射技术和信息，对在役16锰钢(16Mn钢)承力件的二向应 力及三向应力下形变损伤状态进行评估的系统。
技术介绍
港口大型机械设备中的岸边设备如装船机、卸船机、抓斗机等，常应用16Mn钢作 为关键承力件。岸边设备在使用一段时间后，作为主要承力件的16Mn钢的形变损伤状态对 整个岸边设备的使用寿命将造成重要影响。16Mn钢是结合我国资源情况(锰是我国富产元素)发展起来的一种低合金钢，已 被广泛使用。16Mn钢承力件在服役一定的时间后，时常会发生一些失效事故，而形变损伤是 造成其失效的主要原因之一，尤其是当存在缺陷时缺陷位置的应力集中会导致三向应力状 态，使16Mn钢承力件形变损伤更加严重，为此要对其形变损伤状态作出评估，及时、正确地 评价16Mn钢承力件的损伤等级，为其二向应力及三向应力下安全运行及寿命预测提供依 据。声发射技术(Acoustic Emission Technique)因具有动态、实时检测等优点，已广 泛的应用于结构和构件的损伤检测。实践表明，材料在受载荷作用时会发生不同程度的损 伤，而损伤状态的变化会导致声发射波形信号特征发生一系列变化。例如在受静拉伸载荷 作用时会发生弹性损伤状态转变为屈服损伤状态，这些损伤状态转变都将引起声发射波形 信号幅度、相位、频率的变化；因此可以利用声发射技术作为监测16Mn钢承力件形变损伤 状态的工具。随着现代工业日益向大规模、高效率发展，作为港口重要物流装备的大型岸边起 重机械，具有以下几个特点1、目前使用中的很多大型起重机是上世纪60年代至70年代我国自行设计制造或 从东欧进口，还有少数是从美、日等国进口的二手设备，按设计寿命20 25年考虑，很多设 备也已进入服役后期或超期服役阶段；2、任务重，随着生产规模的扩大，许多起重机的工作日趋繁重，超载的情况也时有 发生；3、起重机中存在的一些缺陷以及边角位置容易产生应力集中和三向应力状态，导 致局部超载情况加剧。4、目前的损伤检测方法在大型钢结构检测方面都存在不同程度的局限性，如超声 波检测和磁粉检测等方法对起重机进行的部分抽样检测，盲目性大、易出现漏检且检测的 周期长，工作量大，费用昂贵；5、预警评估系统目前尚不完善，目前应用的分析判别技术还不能对起重机承力件 的形变损伤做出准确的预警和安全评估，尤其是我国港口大型机械设备安全事故时有发生，其中，超载引起的拉伸形变损伤是港口大型岸边起重装备承力件主要的损伤模式之一。因此，为确保大型岸边起重机械安全可靠的运行，须对承力件进行检测、判断二向 应力及三向应力下形变损伤状态，从而进行安全评估。
技术实现思路
为了减少大型岸边起重机械在使用过程中，由于二向应力及三向应力下形变损伤 导致的16Mn钢承力件突然断裂造成的损失，本专利技术提出一种采用声发射技术对在役16Mn 钢承力件进行监测，得到声发射波形和参数信息矩阵表示的形变损伤状态信息。应用本发 明的监测结果能够对16Mn钢承力件形变损伤状态进行评估判断，从而做出预警，减少装备 及人员伤亡等损失。本专利技术的基于声发射信息的在役16锰钢承力件二向应力及三向应力下形变损伤 状态评估系统，该系统由原始波形信号提取单元(1)、形变损伤状态波形及参数矩阵分析单 元O)、形变损伤等级评定单元C3)和预警单元(4)组成；其中，形变损伤状态波形及参数矩阵分析单元O)由形变损伤状态波形分析模块 (21)、形变损伤状态幅值分析模块(22)、形变损伤状态平均频率分析模块以及形变损 伤状态持续时间分析模块04)组成；原始波形信号提取单元(1)对接收的多路传感信息&进行模数转换后输出声发 射波形信息f。(T)；形变损伤状态波形及参数分析单元( 对声发射波形信息L(T)进行分析，判断 并输出形变损伤状态波形及参数矩阵G= 给形变损伤等级评定单元(3) 进行二向应力及三向应力状态形变损伤状态评定，并输出形变损伤等级信息C(J)到预警 单元⑷；预警单元(4)接收到报警启动信号后，触发启动开关输出提示音。本专利技术基于双谱分析法对16Mn钢承力件形变损伤状态进行评估的系统优点在 于(A)本专利技术采用声发射技术，提取声发射波形和参数信息，得到了反映16Mn钢承 力件二向应力及三向应力下形变损伤状态的表征矩阵。这种方法结合了声发射信号的波形 和多个参数信息，具有定量化的特点，能够全面准确的对16Mn钢的形变损伤状态做出正确 的评估。(B)本专利技术利用声发射技术，可以对16Mn钢承力件中容易出现的由缺陷和边角位 置引起的三向应力下的形变损伤状态进行定量评估，更加适用于实际构件，并能更准确的 评价二向应力和三向应力下的形变损伤状态和程度。(C)对二向应力和三向应力下的16钢承力件形变损伤状态进行了形变损伤等级 的划分和鉴定。可以简单易行地对未知形变损伤状态的16Mn钢承力件做出形变损伤状态、 形变损伤程度的评价。(D)使用本专利技术可以对工况下的16Mn钢承力件的形变损伤进行实时监测，出现危 险情况时可及时预警，因此可以大大减少人员财产的损失，保证安全以及经济效益。附图说明图1是声发射仪与多个传感器连接的简示图。图2是声发射仪中存储有16Mn钢二向应力及三向应力下形变损伤状态评估系统 的结构框图。图2A是本专利技术形变损伤状态波形和参数分析单元结构框图。图3是声发射波形信息示意图。图4A是本专利技术中弹塑性损伤状态波形fA(T)示意图。图4B是本专利技术中二向应力下屈服损伤状态波形fB(T)示意图。图4C是本专利技术中三向应力下屈服损伤状态波形fc(T)示意图。图中1.原始波形信号提取单元 2.形变损伤状态波形及参数分析单元21.波形分析模块23.形变损伤状态幅值分析模块22.形变损伤状态平均频率分析模块24.形变损伤状态持续时间分析模块3.形变损伤等级评定单元4.预警单元具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术通过在大型岸边起重机械的承力件上布置多个声发射传感器，并且多个声 发射传感器的输出端分别与声发射仪连接。该声发射仪对接收到的多路传感信息应用本发 明的16Mn钢二向应力及三向应力下形变损伤状态评估系统进行处理，从而对被测对象(大 型岸边起重机械的承力件)的二向应力及三向应力下形变损伤状态进行定量评估。参见图 1所示，一个声发射仪分别与声发射传感器A、声发射传感器B、声发射传感器C、……、声发 射传感器N连接，通过多个声发射传感器实现对被测对象的多路声信息的采集。所述的声发射传感器选取PAC公司生产的R15传感器。其共振频率为150kHz。所述的声发射仪选取PAC公司生产的全数字式声发射系统。该声发射系统包括有 主机系统和DiSP系统，本专利技术的16Mn钢形变损伤状态定量评估系统存储在主机系统的存 储器中。该DiSP系统中的每通道具有高达2MHz的信号采样率。参见图2、图2A所示，为了减少大型岸边起重机械在使用过程中，由于各种形变损 伤导致的16Mn钢承力件突然断裂造成的损失，本专利技术采用声发射技术对在役16Mn钢承力 件进行二向应力及三向应力下形变损伤状态进评估。本专利技术的16Mn钢二向应力及三向应 力下形变损伤状态定量评估系统包括有原始波形信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声发射的在役１６锰钢承力件二向应力和三向应力下形变损伤状态评估系统，其特征在于：该系统由原始波形信号提取单元（１）、形变损伤状态波形及参数矩阵分析单元（２）、形变损伤等级评定单元（３）和预警单元（４）组成；其中，形变损伤状态波形及参数矩阵分析单元（２）由形变损伤状态波形分析模块（２１）、形变损伤状态幅值分析模块（２２）、形变损伤状态平均频率分析模块（２３）以及形变损伤状态持续时间分析模块（２４）组成；原始波形信号提取单元（１）对接收的多路传感信息Ｓｎ进行模数转换后输出声发射波形信息ｆ↓［０］（Ｔ）；形变损伤状态波形及参数分析单元（２）对声发射波形信息ｆ↓［０］（Ｔ）进行分析，判断并输出形变损伤状态波形及参数矩阵Ｇ＝［ｆ↓［ｋ］（Ｔ），Ａ，ＡＦ，ＤＴ］给形变损伤等级评定单元（３）进行二向应力及三向应力状态形变损伤状态评定，并输出形变损伤等级信息Ｃ（Ｊ）到预警单元（４）；预警单元（４）接收到报警启动信号后，触发启动开关输出提示音。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：骆红云，韩志远，曹经纬，张峥，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[]