一种水轮机顶盖螺栓疲劳预测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110569614A(43)申请公布日2019.12.13(21)申请号201910864063.4(22)申请日2019.09.12(71)申请人成都大汇智联科技有限公司地址610000四川省成都市府新区华阳街道华阳大道三段193号.195号.197号1层申请人国电大渡河瀑布沟发电有限公司(72)发明人刘育晋健向文平刘鹤汤荣才漆智鹏周超黄勇敬燕飞(74)专利代理机构北京天奇智新知识产权代理有限公司11340代理人杨春(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种水轮机顶盖螺栓疲劳预测方法(57)摘要本发明公开了一种水轮机顶盖螺栓疲劳预测方法，在时域范围内，对采集的应力荷载—时间历程数据，求应力荷载对时间历程的梯度得到应力幅值的功率密度；对顶盖螺栓材料的S-N曲线进行功率密度变换，得到螺栓材料的S-N功率密度曲线；在频域范围内，对采集数据应力幅值的功率密度进行短时傅里叶变换得到某一时刻应力幅值随频率变化曲线；结合螺栓材料S-N功率密度曲线，运用线性疲劳累计方法对顶盖螺栓进行疲劳寿命预测；本申请融合了时域和频域的疲劳寿命方法，准确的表征了应力荷载的加载频率对螺栓产生微小裂纹的过程，同时加载频率的大小表现了高周循环的极限程度；本预测方法能准确的判断出螺栓的损伤程度，预测顶盖螺栓的疲劳寿命。CN110569614ACN110569614A权利要求书1/2页1.一种水轮机顶盖螺栓疲劳预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、先对同一规格水轮机顶盖螺栓在实验室进行标定，获取顶盖螺栓的特性参数；S2、将标定的螺栓特定属性导入实时在线监测系统，设定螺栓对象一定初始值；S3、在水轮机正常运行状态下，使用在线实时监测系统获得顶盖螺栓应力荷载—时间历程曲线数据；S4、在时域范围内，对采集的应力荷载—时间历程数据，求应力荷载对时间历程的梯度得到应力幅值的功率密度；对顶盖螺栓材料的S-N曲线进行功率密度变换，得到螺栓材料的S-N功率密度曲线；S5、在频域范围内，对采集数据应力幅值的功率密度进行短时傅里叶变换得到某一时刻应力幅值随频率变化曲线；S6、基于功率密度方法的概念，结合螺栓材料S-N功率密度曲线，运用线性疲劳累计方法对顶盖螺栓进行疲劳寿命预测。2.根据权利要求1所述的一种水轮机顶盖螺栓疲劳预测方法，其特征在于，在S4中，通过试验得到材料的应力—疲劳寿命(S-N)曲线S＝f(Nf)，应力荷载对时间的导数的关系式为：rdS/dt＝f1(Nf)式中，dS/dt为应力对时间的功率密度，Nf为材料发生断裂破坏时的极限循环次数，r为可靠性系数；对上式进行反函数变换可以得到：Nf＝f2(rdS/dt)。3.根据权利要求2所述的一种水轮机顶盖螺栓疲劳预测方法，其特征在于，在S3中，根据超声测量在线实时监测系统监测螺栓实时数据，得到应力荷载—时间历程曲线。4.根据权利要求3所述的一种水轮机顶盖螺栓疲劳预测方法，其特征在于，在S4中，根据功率密度的方法，求功率密度，即式中，P为功率密度，在量纲上的单位为N·Pa/s≡N/(m2·s)≡N·m/(m3·s)≡W/m3S为螺栓承受轴向荷载，t为时间历程。5.根据权利要求4所述的一种水轮机顶盖螺栓疲劳预测方法，其特征在于，在S5中，对得到的功率密度(dS/dt)-时.间t曲线进行短时傅里叶变换(STFT)，选取任意时刻t＝t0，功率密度能被分解成多个余弦信号的叠加；某时刻的功率密度为式中，计算出应力荷载的功率密度曲线，读出t＝t0时刻的功率密度值Fi为t＝t0时刻短时傅里叶变换的主频率，Ai＝(dS/dt)i为主频Fi对应的功率密度，Δt为窗函数的宽度。6.根据权利要求5所述的一种水轮机顶盖螺栓疲劳预测方法，其特征在于，在S6中，根据时间间隔Δt及主频率Fi，可计算出在一定时间Δt内的循环次数：2CN110569614A权利要求书2/2页Ni＝FiΔt式中，Ni为一定时间Δt内的循环次数，Fi为t＝t0时刻短时傅里叶变换的主频率；根据S-N曲线，计算材料失效时的极限循环次数为：式中，Nf,i为材料失效时的极限循环次数，为t＝t0时刻主频Fi对应的功率密度。7.根据权利要求6所述的一种水轮机顶盖螺栓疲劳预测方法，其特征在于，在S6中，在一个给定时间间隔Δt内，造成的累积疲劳损伤为：AD＝∑Ni/Nf,i式中，D为Δt时间内造成的损伤量，Ni为在Δt时间内主频Fi对应的累积循环次数，Nf,i为材料在破坏时功率密度Ai＝(dS/dt)i对应的极限循环次数。8.根据权利要求7所述的一种水轮机顶盖螺栓疲劳预测方法，其特征在于，在S6中，对于测定的整个应力-时间信号，以采样周期T离散成m个时间