基于异类多传感器信息融合的混凝土泵车臂架系统状态监测评估方法研究

摘要

混凝土泵车具有移动方便、控制简单和浇筑质量高，并且对环境伤害小等特点，被广泛的使用在各种桥梁建设、房屋建设和公路建设中。但由于混凝土泵车工作环境多变、维护不及时且工作时间长，容易造成疲劳损伤，导致臂架断裂事故，因此对混凝土泵车施工过程中进行实时监测和健康评估是势在必行的。传统的检测方法是手持式超声波检测、人眼检测和指定地点专项仪器检测，手持式和指定地点专项仪器都是基于单一的传感器进行检测，不仅检测时间长、且无法做到实时监测，而人眼检测精度低危险大。针对现有混凝土臂架检测设备难易满足混凝土泵车臂架系统的实时监测与诊断的问题，本文提出了基于异类多传感器信息融合的混凝土泵车臂架系统状态监测评估方法研究，主要研究内容包括：
　　研究了混凝土泵车臂架的结构特性。首先对臂架结构的受力进行了分析和计算；然后运用有限元软件ANSYS进行了模态和静力学分析，得出了四种常用工况下的固有频率、振型和应力分布规律；再运用动力学软件ADAMS进行了振动分析，得出了四种工况下各臂架质心位移、加速度曲线，分析其运动特点。
　　研究了传感器布置的方法。首先分析了传感器位置布置的基本方法，提出了复合叠式传感器布置的组合方法；并以悬臂梁为对象，通过ANSYS提取模态参数进行计算，得出最优的组合方法；再通过实验验证该方法的正确性；最后将该方法用于臂架上，得出了混凝土臂架传感器最优布置点。
　　研究了混凝土臂架系统故障类型的表征参数。首先分析得出了臂架断裂的原因是裂纹；然后提出了从微观疲劳监测和宏观裂纹的诊断两个方面进行研究；微观疲劳监测研究了疲劳寿命估计，得出了疲劳寿命表征参数；宏观裂纹的诊断研究了时域参数表征，提出了采用多点控制仿真的方法，并以悬臂梁对象，得出了时域特征参数，再通过实验验证该方法的正确性，最后将该方法运用在臂架系统上，得出了臂架系统时域表征参数。
　　研究了异类多传感器数据融合的方法。首先分析了信息融合模型，提出了基于神经网络特征识别的D-S证据理论决策的融合算法，并以悬臂梁为对象和利用第四章得出的特征向量，验证了该方法的正确性；再将其运用到混凝土泵车臂架系统上。
　　本文提出了基于异类传感器信息融合的混凝土泵车臂架系统的实时监测与健康评估方法，可以满足混凝土泵车臂架系统检测的实时性、时间短等特性，为整体混凝土泵车的监测与评估奠定基础。

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第一章绪论

1.1课题来源

1 .2研究背景和意义

1 .3多传感器信息融合的健康监测简介

1 .4存在问题和本文研究内容

1 .5本章小结

第二章混凝土泵车臂架系统特性分析

2 .1 引言

2 .2混凝土泵 车 臂架系统 和载 荷

2.3 混凝土泵 车 臂架系统 的结 构 分析

2 .4混凝土泵车臂架系统的振动分析

2 .5小结

第三章混凝土泵车臂架系统结构监测的异类多传感器布置策略

3 .1引言

3 .2同类传感器布置的方法

3 .3传感器布置评价准则

3 .4异类传感器优化布置的方法

3 .5基于有效独立法的混凝土臂架系统的异类传感器布置

3 .6小结

第四章混凝土泵车臂架结构监测的特征参数选取

4 .1引言

4 .2疲劳监测参数表征

4 .3裂纹的时域与频域特征参数表征

4 .4混凝土泵车臂架特征参数表征

4 .5小结

第五章基于异类信息融合的混凝土泵车臂架状态监测与评估

5 .1引言

5 .2基于加速度计和应变计的裂纹检测方法

5 .3基于神经网络特征识别的D-S证据理论决策融合的裂紋识别新方法

5 .4小结

第六章总结与展望

6 .1论文总结

6 .2不足与展望

参考文献

致谢

附录：攻读学位期间参研项目和发表论文目录