一种焊接部位疲劳强度的检测系统及检测方法

摘要

本发明属于疲劳检测技术领域，公开了一种焊接部位疲劳强度的检测系统及检测方法，所述焊接部位疲劳强度的检测系统包括：图像采集模块、信息采集模块、图像处理模块、中央控制模块、模型构建模块、应力检测模块、应力分析模块、荷载情况采集模块、荷载分析模块以及疲劳强度确定模块。本发明通过构建三维模型对焊接部位进行疲劳分析，结合应力与荷载分析，确定焊接部位的疲劳强度分析结果，大大提高分析的准确性；在焊接部位厚度方向的法向结构应力的基础上将剪切结构应力也计入考虑，并综合法向结构应力和剪切结构应力获得等效的应力强度因子以及平均等效应力强度因子，最后基于平均等效应力强度因子得到焊接部位的分析结果预测焊接部位寿命。

说明书

技术领域

本发明属于疲劳检测技术领域，尤其涉及一种焊接部位疲劳强度的检测系统及检测方法。

背景技术

目前，随着焊接技术在制造领域的广泛应用，焊接部位的安全可靠性能越来越受到许多技术与设计相关工作人员的关注。在一些机械结构的重要连接部位，常需要定时进行疲劳检测，以确保装置的正常工作，然而现有的装置焊接部位疲劳损伤检测装置一般通过疲劳试验进行检测，检测复杂，成本高，且会对焊接部位造成损伤，而且检测的疲劳强度不准确。因此，亟需一种新的焊接部位疲劳强度的检测系统。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的装置焊接部位疲劳损伤检测装置一般通过疲劳试验进行检测，检测复杂，成本高，且会对焊接部位造成损伤，而且检测的疲劳强度不准确。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种焊接部位疲劳强度的检测系统及检测方法。

本发明是这样实现的，一种焊接部位疲劳强度的检测系统，所述焊接部位疲劳强度的检测系统包括：

图像采集模块，与中央控制模块连接，用于利用摄像设备采集焊接部位以及整体装置的图像；

信息采集模块，与中央控制模块连接，用于采集整体装置的参数以及焊接部位相关信息；

图像处理模块，与中央控制模块连接，用于对采集的焊接部位的图像进行处理；

中央控制控制模块，与图像采集模块、信息采集模块、图像处理模块、模型构建模块、应力检测模块、应力分析模块、荷载情况采集模块、荷载分析模块以及疲劳强度确定模块连接，用于利用单片机或控制器协调控制所述焊接部位疲劳强度的检测系统各个模块的正常工作；

模型构建模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的整体装置的参数、图像构建装置的三维模型，包括：

根据对装置进行扫描获得的装置数据和切片灰度图，构建所述装置的三维几何模型，所述三维几何模型中包括所述装置在不同扫描位置的切片灰度图；

对所述三维几何模型中的各切片灰度图进行网格化处理，在各切片灰度图中生成等量的网格；按照所述切片灰度图中所生成网格的网格信息，对所述三维几何模型所映射三维空间进行网格化处理，获得所述装置的三维网格模型；

根据所述切片灰度图中每一网格所对应图像区域的灰度值，计算所述三维网格模型中其它网格所对应空间区域的灰度值；根据所述三维网格模型中全部网格所对应的灰度值，对所述全部网格所对应的空间区域进行颜色重构，获得所述装置的三维数字模型；

应力检测模块，与中央控制模块连接，用于检测、计算焊接部位两侧的应力数据；

应力分析模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的应力数据进行焊接部位应力分析，包括：

计算所述焊接部位上各焊接部位单元节点的节点力及力矩；基于所述节点力及力矩计算所述焊接部位上各焊接部位单元节点的线性力和力矩；

基于所述线性力和力矩，计算所述焊接部位上沿焊接部位厚度方向的法向结构应力和剪切结构应力；

基于所述法向结构应力和剪切结构应力利用下式计算等效的应力强度因子：

其中，ΔK

其中，

基于所述等效的应力强度因子计算平均等效应力强度因子；以所述平均等效应力强度因子作为所述焊接部位应力分析的评价参量，对应力数据进行线性回归分析，得到应力分析结果；

荷载情况采集模块，与中央控制模块连接，用于基于构建的三维模型采集荷载的相关信息；

荷载分析模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的荷载相关信息分析荷载强度，包括：

基于采集的荷载信息以及构建的三维模型进行有限元模拟，利用ABAQUS建立整体结构尺度模型；

利用子模型法，建立整体结构尺度模型的焊接部位精细模型，并计算其焊接部位的等效应力幅精确值；

将焊接部位精细模型简化为焊接部位受力结构体系，基于所述等效应力幅精确值对相应参数取值进行优化分析，确定焊接部位荷载效应分析的简化模型；

利用所述焊接部位荷载效应分析的简化模型对所述焊接部位的荷载强度进行分析，进而得到焊接部位的荷载效应分析结果；

疲劳强度确定模块，与中央控制模块连接，用于基于应力分析结果以及荷载强度分析结果确定焊接部位的疲劳强度。

进一步，信息采集模块中，所述焊接部位相关信息，包括焊件的厚度、焊接部位宽度、焊接部位余高和焊接部位半径。

进一步，模型构建模块中，所述根据所述切片灰度图中每一网格所对应图像区域的灰度值，计算所述三维网格模型中其它网格所对应空间区域的灰度值，包括：

对三维网格模型中的各切片灰度图，分别获取每一网格所对应图像区域的灰度值；通过对所述切片灰度图中每一网格所对应图像区域的灰度值进行可控范围的反距离加权插值计算，获得所述三维网格模型中其它网格所对应空间区域的灰度值。

进一步，模型构建模块中，所述根据所述三维网格模型中全部网格所对应的灰度值，对所述全部网格所对应的空间区域进行颜色重构，获得所述装置的三维数字模型，包括：

根据所述三维网格模型中全部网格所对应的灰度值，分别获取最大灰度值、最小灰度值和中间灰度值；其中，所述中间灰度值是所述最大灰度值与所述最小灰度值的平均值；

对所述三维网格模型中任意网格，根据所述网格所对应灰度值分别与所述最大灰度值、最小灰度值和中间灰度值之间的大小关系，选取预设规则计算所述网格所对应空间区域的RGB色标值；

按照所述RGB色标值对所述网格所对应空间区域进行颜色重构，获得所述装置的三维数字模型。

进一步，应力分析模块中，所述于所述节点力及力矩计算所述焊接部位上各焊接部位单元节点的线性力和力矩包括：

在整体坐标系(x,y,z)下计算所述焊接部位上各焊接部位单元节点的节点力及力矩，并通过坐标变换转化为各焊接部位单元节点局部坐标系(x′,y′,z′)下的节点力和力矩。

进一步，应力分析模块中，所述基于所述节点力及力矩计算所述焊接部位上各焊接部位单元节点的线性力和力矩，包括：

其中，F

进一步，荷载分析模块中，所述利用子模型法，建立整体结构尺度模型的焊接部位精细模型，并计算其焊接部位的等效应力幅精确值，包括：

从整体结构尺度模型中切割出焊接部位，并进行精细网格划分，得到焊接部位精细模型；对得到的整体结构尺度模型进行较粗网格划分，施加荷载并计算，得出焊接部位精细模型的边界部位的位移响应；

将所得的位移响应作为边界条件，采用线性插值法施加到焊接部位精细模型的切割边界；保持荷载加载不变，对焊接部位精细模型进行计算，得出其焊接部位的等效应力幅精确值。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以应用所述的焊接部位疲劳强度的检测系统。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机应用所述的焊接部位疲劳强度的检测系统。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现所述的焊接部位疲劳强度的检测系统。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的焊接部位疲劳强度的检测系统，通过构建三维模型对焊接部位进行疲劳分析，结合应力分析与荷载分析，确定焊接部位的疲劳强度分析结果，大大提高了分析的准确性，本发明在焊接部位厚度方向的法向结构应力的基础上将剪切结构应力也计入考虑，并综合法向结构应力和剪切结构应力获得等效的应力强度因子以及平均等效应力强度因子，最后基于平均等效应力强度因子得到焊接部位的分析结果。预测焊接部位寿命。

同时，本发明利用有限元法计算焊接部位单元的节点力和力矩不需要解大规模的矩阵方程，从而大大提高了计算效率；而且，本发明的检测方法同时考虑了焊接部位厚度方向上的法向结构应力及剪切结构应力并经过计算得到平均等效的应力强度因子，因此具备计算效率高、检测精度高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的焊接部位疲劳强度的检测系统结构示意图；

图中：1、图像采集模块；2、信息采集模块；3、图像处理模块；4、中央控制模块；5、模型构建模块；6、应力检测模块；7、应力分析模块；8、荷载情况采集模块；9、荷载分析模块；10、疲劳强度确定模块。

图2是本发明实施例提供的焊接部位疲劳强度的检测方法流程图。

图3是本发明实施例提供的通过模型构建模块基于采集的整体装置的参数、图像构建装置的三维模型的方法流程图。

图4是本发明实施例提供的通过应力分析模块基于采集的应力数据进行焊接部位应力分析的方法流程图。

图5是本发明实施例提供的通过荷载分析模块基于采集的荷载相关信息分析荷载强度的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种焊接部位疲劳强度的检测系统及检测方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的焊接部位疲劳强度的检测系统包括：

图像采集模块1，与中央控制模块4连接，用于利用摄像设备采集焊接部位以及整体装置的图像；

信息采集模块2，与中央控制模块4连接，用于采集整体装置的参数以及焊接部位相关信息；

图像处理模块3，与中央控制模块4连接，用于对采集的焊接部位的图像进行处理；

中央控制控制模块4，与图像采集模块1、信息采集模块2、图像处理模块3、模型构建模块5、应力检测模块6、应力分析模块7、荷载情况采集模块8、荷载分析模块9以及疲劳强度确定模块10连接，用于利用单片机或控制器协调控制所述焊接部位疲劳强度的检测系统各个模块的正常工作；

模型构建模块5，与中央控制模块4连接，用于基于采集的整体装置的参数、图像构建装置的三维模型；

应力检测模块6，与中央控制模块4连接，用于检测、计算焊接部位两侧的应力数据；

应力分析模块7，与中央控制模块4连接，用于基于采集的应力数据进行焊接部位应力分析；

荷载情况采集模块8，与中央控制模块4连接，用于基于构建的三维模型采集荷载的相关信息；

荷载分析模块9，与中央控制模块4连接，用于基于采集的荷载相关信息分析荷载强度；

疲劳强度确定模块10，与中央控制模块4连接，用于基于应力分析结果以及荷载强度分析结果确定焊接部位疲劳强度。

如图2所示，本发明实施例提供的焊接部位疲劳强度的检测方法包括以下步骤：

S101，通过图像采集模块利用摄像设备采集焊接部位以及整体装置的图像；通过信息采集模块采集整体装置的参数以及焊接部位相关信息；

S102，通过图像处理模块对采集的焊接部位的图像进行处理；

S103，通过中央控制控制模块利用单片机或控制器协调控制所述焊接部位疲劳强度的检测系统各个模块的正常工作；

S104，通过模型构建模块基于采集的整体装置的参数、图像构建装置的三维模型；

S105，通过应力检测模块检测、计算焊接部位两侧的应力数据；通过应力分析模块基于采集的应力数据进行焊接部位应力分析；

S106，通过荷载情况采集模块基于构建的三维模型采集荷载的相关信息；通过荷载分析模块基于采集的荷载相关信息分析荷载强度；

S107，通过疲劳强度确定模块基于应力分析结果以及荷载强度分析结果确定焊接部位疲劳强度。

本发明实施例提供的焊接部位相关信息，包括焊件的厚度、焊接部位宽度、焊接部位余高和焊接部位半径。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本发明实施例提供的焊接部位疲劳强度的检测方法如图1所示，作为优选实施例，如图3所示，本发明实施例提供的通过模型构建模块基于采集的整体装置的参数、图像构建装置的三维模型的方法包括：

S201，根据对装置进行扫描获得的装置数据和切片灰度图，构建所述装置的三维几何模型，所述三维几何模型中包括所述装置在不同扫描位置的切片灰度图；

S202，对所述三维几何模型中的各切片灰度图进行网格化处理，在各切片灰度图中生成等量的网格；按照所述切片灰度图中所生成网格的网格信息，对所述三维几何模型所映射三维空间进行网格化处理，获得所述装置的三维网格模型；

S203，根据所述切片灰度图中每一网格所对应图像区域的灰度值，计算所述三维网格模型中其它网格所对应空间区域的灰度值；根据所述三维网格模型中全部网格所对应的灰度值，对所述全部网格所对应的空间区域进行颜色重构，获得所述装置的三维数字模型。

本发明实施例提供的根据所述切片灰度图中每一网格所对应图像区域的灰度值，计算所述三维网格模型中其它网格所对应空间区域的灰度值，包括：

对三维网格模型中的各切片灰度图，分别获取每一网格所对应图像区域的灰度值；通过对所述切片灰度图中每一网格所对应图像区域的灰度值进行可控范围的反距离加权插值计算，获得所述三维网格模型中其它网格所对应空间区域的灰度值。

本发明实施例提供的根据所述三维网格模型中全部网格所对应的灰度值，对所述全部网格所对应的空间区域进行颜色重构，获得所述装置的三维数字模型，包括：

根据所述三维网格模型中全部网格所对应的灰度值，分别获取最大灰度值、最小灰度值和中间灰度值；其中，所述中间灰度值是所述最大灰度值与所述最小灰度值的平均值；

对所述三维网格模型中任意网格，根据所述网格所对应灰度值分别与所述最大灰度值、最小灰度值和中间灰度值之间的大小关系，选取预设规则计算所述网格所对应空间区域的RGB色标值；

按照所述RGB色标值对所述网格所对应空间区域进行颜色重构，获得所述装置的三维数字模型。

实施例2

本发明实施例提供的焊接部位疲劳强度的检测方法如图1所示，作为优选实施例，如图4所示，本发明实施例提供的通过应力分析模块基于采集的应力数据进行焊接部位应力分析的方法包括：

S301，计算所述焊接部位上各焊接部位单元节点的节点力及力矩；基于所述节点力及力矩计算所述焊接部位上各焊接部位单元节点的线性力和力矩；

S302，基于所述线性力和力矩，计算所述焊接部位上沿焊接部位厚度方向的法向结构应力和剪切结构应力；基于所述法向结构应力和剪切结构应力计算等效的应力强度因子；

S303，基于所述等效的应力强度因子计算平均等效应力强度因子；以所述平均等效应力强度因子作为所述焊接部位应力分析的评价参量，对应力数据进行线性回归分析，得到应力分析结果。

本发明实施例提供的等效的应力强度因子计算公式如下：

其中，ΔK

其中，

本发明实施例提供的于所述节点力及力矩计算所述焊接部位上各焊接部位单元节点的线性力和力矩，包括：

在整体坐标系(x,y,z)下计算所述焊接部位上各焊接部位单元节点的节点力及力矩，并通过坐标变换转化为各焊接部位单元节点局部坐标系(x′,y′,z′)下的节点力和力矩。

本发明实施例提供的基于所述节点力及力矩计算所述焊接部位上各焊接部位单元节点的线性力和力矩，包括：

其中，F

实施例3

本发明实施例提供的焊接部位疲劳强度的检测方法如图1所示，作为优选实施例，如图5所示，本发明实施例提供的通过荷载分析模块基于采集的荷载相关信息分析荷载强度的方法包括：

S401，基于采集的荷载信息以及构建的三维模型进行有限元模拟，建立整体结构尺度模型；利用子模型法，建立整体结构尺度模型的焊接部位精细模型，并计算其焊接部位的等效应力幅精确值；

S402，将焊接部位精细模型简化为焊接部位受力结构体系，并基于所述等效应力幅精确值对相应参数取值进行优化分析，确定焊接部位荷载效应分析的简化模型；

S403，基于所述焊接部位荷载效应分析的简化模型得到焊接部位的荷载效应分析结果。

本发明实施例提供的利用子模型法，建立整体结构尺度模型的焊接部位精细模型，并计算其焊接部位的等效应力幅精确值，包括：

从整体结构尺度模型中切割出焊接部位，并进行精细网格划分，得到焊接部位精细模型；对得到的整体结构尺度模型进行较粗网格划分，施加荷载并计算，得出焊接部位精细模型的边界部位的位移响应；

将所得的位移响应作为边界条件，采用线性插值法施加到焊接部位精细模型的切割边界；保持荷载加载不变，对焊接部位精细模型进行计算，得出其焊接部位的等效应力幅精确值。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。