一种紧固螺栓的疲劳寿命评估系统及方法

专利主权项内容

1.一种紧固螺栓的疲劳寿命评估系统，其特征在于：包括：数据采集模块：用于采集紧固螺栓的运行数据；所述运行数据具体是指螺栓在实际使用过程中产生的参数，包括载荷、应力、工作温度、工作湿度、螺栓表面图像、振动、预紧力，以及应力循环的频率；数据处理模块：用于接收数据采集模块传输的数据，分析螺栓表面图像，根据预紧力和应力计算预紧力矩、应力幅值、平均应力，以及应力比，并传输至疲劳寿命预测模块；疲劳寿命预测模块：用于接收数据处理模块传输的数据，依据数据预测螺栓的疲劳寿命，并将其传输至模型预测精度评估模块；模型预测精度评估模块：用于对预测结果的准确性进行评估，对预测结果的准确性进行评估，如果模型预测精度较低，将数据传输至模型预测精度修正模块；如果模型预测精度较高，将数据传输至疲劳寿命评估模块；疲劳寿命评估模块：用于接收疲劳寿命预测模块传输的数据，根据预先设定的疲劳寿命阈值，对螺栓的疲劳寿命进行评估，对疲劳寿命不符合预期的情况采取相应措施；模型预测精度修正模块：用于接收模型预测精度评估模块传输的数据，利用修正因子对模型预测精度进行修正，以提高预测精度；所述数据处理模块的具体处理过程如下：A1、对螺栓表面图像进行分析处理；A2、根据预紧力，计算预紧力矩Mt；所述预紧力矩的计算公式为：，其中K表示拧紧力系数，d表示螺纹公称直径，P0表示预紧力；A3、根据应力，计算应力幅值、平均应力和应力比；所述对螺栓表面图像进行分析处理，其分析过程如下：A11、对采集到的螺栓表面图像进行图像去噪、灰度校正、图像增强处理，以减少噪声和改善图像质量；A12、使用计算机视觉技术和图像处理算法从图像中提取螺栓表面的关键特征，具体包括表面粗糙度、受损区域的数量和尺寸；A13、根据预先设定的表面粗糙阈值，将螺栓表面分为粗糙区域和光滑区域；将螺栓的表面粗糙度和表面粗糙度阈值进行对比，将表面粗糙度超过阈值的部位划分为粗糙区域，而未超过阈值的部位划分为光滑区域；A14、在粗糙区域中，进一步划分出高磨损区域；将螺栓的受损区域的数量，和预先设定的受损区域的数量阈值进行对比，将螺栓的受损区域的数量超过阈值的部位划分为高磨损区域，而未超过阈值的部位划分为低磨损区域；A15、在高磨损区域中，计算受损区域的密集度；所述密集度MJ计算公式为：，其中Sz表示受损区域的总面积，Sw表示受损区域的外接矩形面积；所述应力幅值具体是指应力循环中最大应力值和最小应力值之间的差异；其计算公式为：，其中σ表示应力幅值，σ、σ分别表示最大应力值和最小应力值；amaxmin所述平均应力具体是指应力循环中最大应力值和最小应力值之和的一半；其计算公式为：，其中σ表示平均应力，σ、σ分别表示最大应力值和最小应力值；mmaxmin所述应力比的计算公式为：，其中R表示应力比，σ、σ分别表示最大应力值和最小应力值；maxmin所述疲劳寿命预测模块的具体处理过程如下：B1、将螺栓部位按照相等面积区域进行划分，划分成i个子区域，i=1，2，3……n；B2、统计各子区域中包含的粗糙区域、高磨损区域，以及受损区域的密集度；B3、根据统计数据分析各子区域中受损区域的密集度对螺栓疲劳寿命的影响程度；其计算公式为：，其中My表示影响程度，MJi表示第i个子区域中受损区域的密集度，li表示影响系数；B4、根据疲劳寿命预测公式预测疲劳寿命；所述疲劳寿命预测公式为：，其中Pf表示疲劳寿命，My表示影响程度，Mti表示第i个子区域的预紧力矩，σ表示第i个子区域的应力幅值，σ表示第i个子区域的平均应力，fi表示第i个子区域的应力循环的频率，Ri表示第i个子区域的应力比，m、m、α、β、θ、ω、/>、ρ表示公式中的常数，λ表示影响因子，包括载荷、工作温度、工作湿度，以及振动；aimi12所述模型预测精度修正模块的具体修正过程为：D1、收集大量已知螺栓运行数据和疲劳失效情况记作已知样本，具体包括螺栓的工作条件、载荷、工作温度、工作湿度、振动，以及受损区域的密集度和对应的疲劳寿命；D2、采用回归分析法，统计分析已知样本中受损区域的密集度与疲劳寿命之间的关系：，其中Pf表示已知样本得到的疲劳寿命，MJ表示受损区域的密集度；0D3、根据构建的数学关系模型，计算修正因子；所述修正因子，具体是指已知样本得到的疲劳寿命Pf与通过模型预测得到的疲劳寿命Pf之比，计算修正因子/>的公式为：，其中υ表示其他影响因子；0D4、使用修正因子调整疲劳寿命预测模块中的影响程度计算公式，即将修正因子乘以原始的影响程度My。