基于危险理论的机械零部件疲劳寿命状态监测系统方法研究

摘要

随着科技的发展，机械系统越来越复杂，然而其安全性却明显跟不上发展的步伐。目前由机械零部件的失效引起的事故越来越多，机械零部件的疲劳失效占机械零部件破坏的比例高达60％。虽然机械零部件在设计阶段已经考虑并规定了机械零部件的工作条件和工作环境，然而在实际的工作过程中由于员工的操作不当或者其他原因造成了机械零部件工作条件非常复杂，设计阶段的一些标准在实际情况中难免会有偏差，因此需要对机械零部件的疲劳寿命状态进行实时的监测与评估显得非常必要。
　　一般情况下，当实际的使用寿命达到设计的使用寿命极限的时候我们就会更换零件，之前在使用的过程中可能会有定期的检查和维修，但是由于实际情况和设计使用条件的偏差会使实际的极限使用寿命达不到设计的极限使用寿命，如果继续按照设计的条件进行更换或者维修往往会造成事故的发生。针对设计许用寿命和实际的极限使用寿命的偏差本文提出了在危险理论模型中通过可靠度和疲劳寿命共同判断零件的疲劳寿命使用状态，达到较为准确的故障提前预知的目的。
　　首先，针对信号的采集、信号的处理进行了设计，信号采集装置使用了费用低、线性好、灵敏度高的电阻应变片，信号处理软件使用了复杂机械系统检测与故障诊断软件进行数据的预处理（去掉数据上的“尖锐”、“毛刺”），然后利用此软件的雨流板块对数据进行了计数和统计。
　　其次，针对设计寿命极限和实际寿命极限的偏差提出了修正寿命使用条件的方法。通过初始损伤和采样周期内载荷造成的损伤之和评估了机械零部件的剩余疲劳寿命，剩余疲劳寿命和累积使用寿命之和在设计极限寿命中的比例重新定义了使用极限寿命的条件，在文章的最后通过软件仿真验证了条件的可行性。
　　第三，利用累积损伤模型和疲劳寿命模型计算了机械零部件的可靠度。提出了基于危险理论的疲劳寿命状态监测系统，该理论结合了疲劳寿命使用极限条件和可靠度使用条件定义了危险的信号，并划分了危险区间。根据不同的危险区间，系统做出不同的响应并给出相应的解决措施，在matlab中对算法进行模拟，通过模拟结果证明了整个算法的合理性。
　　第四，把疲劳寿命状态监测系统应用在电动汽车轮毂轴承单元固定螺栓的疲劳寿命状态监测上，验证了算法的有效性。设计了智能轮毂轴承单元固定螺栓的疲劳寿命状态监测实验台，并通过实验和仿真的方式验证了算法响应是合理的。

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第1章绪论

1.1论文的背景与意义

1.2疲劳寿命状态监测历史及研究现状

1.3危险理论及其应用

1.4本文的主要内容及文章构架

第2章机械零部件疲劳寿命状态的计算与危险条件的修正

2.1疲劳寿命状态监测的应用

2.2机械零部件S-N曲线的获取

2.3机械零部件疲劳载荷谱的监测

2.4累积损伤的计算

2.5基于名义应力法的疲劳寿命的计算

2.6本章小结

第3章机械零部件可靠性的计算

3.1基于疲劳累积损伤模型零件可靠度的计算

3.2基于疲劳寿命模型零件可靠度的计算

3.3本章小结

第4章基于危险理论的疲劳寿命状态监测系统算法的构建

4.1疲劳寿命状态危险信号的定义

4.2机械零部件危险信号识别器的构建

4.3疲劳寿命状态监测系统算法的构建

4.4基于matlab 的算法仿真

4.5本章小结

第5章智能轮毂轴承单元固定螺栓疲劳寿命状态的监测

5.1现阶段智能轮毂轴承单元状态监测系统的改进

5.2实验台方案的设计

5.3智能轮毂轴承单元固定螺栓的疲劳寿命状态监测

5.4 仿真分析

5.5试验验证

5.6本章小结

第6章总结与展望

6.1工作总结

6.2研究展望

致谢

参考文献

附录