一种用于力学性能安全监测云系统的应力应变检测方法与流程

1.本发明属于力学性能检测领域，具体涉及一种用于力学性能安全监测云系统的应力应变检测方法。


背景技术：

2.具有一定形状结构，并能够承受荷载的作用的构件，称为结构件，如：支架、框架、臂架、内部的骨架及支撑定位架等，结构件制造完毕后，需进行性能测试，包括：结构件表面的应力应变测量，目前，都是在表面贴满应变片或者应变花，或者在需要关注的断裂处安装机械式位移计来测量结构件的应力应变。
3.其中，通过在表面贴满应变片或者应变花进行测量时，其准备工作很繁琐，如果结构件上的测量点多，那么在上面贴数十个甚至几百个应变片式很大的劳动强度。并且，对于结构件的焊接处，由于其表面不平，不能通过贴应变片或者应变花进行测量。
4.通过机械式位移计进行测量时，该位移计的测量触点会在因为结构件发生扭曲变形而与结构件滑落，无法进行后续测量。
5.可见，现有的应力应变测量都是接触式的测量，很难对结构件上的每一个测量点都进行应力应变的测量,提出有针对性的监测技术指南及要求有重要的价值和意义。


技术实现要素：

6.本发明为了克服力学承受荷载构件、病害多、管养压力大，传统安全监测系统和方法成本高等问题，本发明提出了一种用于力学性能安全监测云系统的应力应变检测方法。
7.本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的:一种用于力学性能安全监测云系统的应力应变检测方法，其中：其方法步骤可分为：s1：从受力板块原始监测信息中，提取无荷载下受力板块监测信息,所述监测信息包括挠度、应力和相应环境温度信息，通过数学方法建立监测信息和环境温度之间的动态函数关系式；s2：通过有限元方法，建立有限元模型，分析环境温度对受力板块受力状态的影响，构建温度对受力板块监测信息影响的置信区间，以判断温度影响的准确性；s3：通过云端数据库以及有限元分析得到的温度数据剔除温度效应对监测值的影响；s4：将原始数据剔除温度效应后找出无荷载的点，然后定期地提取该点的监测值，发现监测值的增长率逐渐减小且一段时间后趋于稳定则为由收缩徐变效应引起的量值变化，采用数学方法建立时间与收缩徐变对监测信息影响的动态关系式；s5：剔除收缩徐变效应对监测值的影响；s6：基于受力板块的结构、荷载和环境特点，建立适合于受力板块的阈值体系，分为一级绿色、二级黄色、三级橙色、四级红色；s7：根据受力板块安全监测系统的构建要点，建立适用于受力板块的监测云系统
和监测设备，主要监测应力、应变、挠度、温湿度、收缩徐变信息，应力和挠度应采用动态监测。
8.优选的，所述阈值体系设定包括：1）一级绿色预警阈值：2）二级黄色预警阈值：3）三级橙色预警阈值：4）四级红色预警阈值：其中：z
1y
表示一级绿色预警阀值；z
2y
表示二级黄色预警阀值z
3y
表示三级橙色预警阀值z
4y
表示四级红色预警阀值；x表示理论计算得到的结构响应值；表示冲击系数；表示校验系数，根据该受力板块的定检报告或荷载试验选取；表示数据完整性系数，通过监测系统调试完成后，一段时间后结合实际统计数据选取。
9.优选的，受力板块的监测云系统包括报警系统，通过云端数据库的数据特征与检测后计算得出的阀值表两者比对，得到最终数据结果，监测云系统进行远程报警显示，报警方式包括图像、声音，同时一方面生成报警记录，一方面进行离线评估，对离线评估进行结构预警，生成报警记录，所述报警记录进行人工处理，生成最终的报警处理记录。
10.优选的，用于受力板块安全监测信息的所述监测设备包括固定座、连接反应杆、测量仓，其中，所述固定座包括基座，所述基座可固定在受力板块下端面，所述基座上设置有温度感应器，所述温度感应器可测量受力板块下端面温度，同时还在受力板块上端面设置有温度感应计，使得可实时测量受力板块上下两部分的温度差，所述基座下方固定安装有固定调节盒，所述固定调节盒内部安装有pcb板，所述固定调节盒内部上方安装有微型电机，所述pcb板分别与温度感应器和微型电机相连接，所述微型电机下方设置有从动杆，所述从动杆一端与微型电机相连，所述从动杆另一端穿过固定调节盒与所述连接反应杆固定相连，所述从动杆与所述固定调节盒之间设置有转动阀，所述转动阀可使得从动杆固定于固定调节盒内，同时使得从动杆可绕自身转动的同时也可左右移动，所述连接反应杆的另一端与所述测量仓相连接，所述连接反应杆与所述测量仓之间设置有转动阀，所述测量仓四周设置有四组连接反应杆和固定座。
11.优选的，所述测量仓包括外壳，所述外壳为内部中空的四方体结构，所述外壳四周均设置有通孔，所述通孔上安装有所述转动阀，所述通孔可使得所述连接反应杆穿入测量
仓内部，所述外壳内部固定安装有测量装置，所述测量装置为上端半圆形腔体，下端圆柱形，所述测量装置上端半圆形腔体内部均匀安装有位置感应器，所述测量装置上端固定有碰撞感应器，所述测量装置内部盛有三个测量球，所述测量球可在所述测量装置内部随意滚动，所述碰撞感应器上方固定有固定板，所述固定板上方固定安装有控制器，所述控制器右侧安装有电源，所述测量仓上方安装有上盖，所述测量装置的四周均分布有电阻式测量仪，每个所述连接反应杆的一端固定有电阻，所述电阻式测量仪上设置有电阻针，所述电阻针与所述电阻接触，所述电阻式测量仪可通过连接反应杆的移动改变电阻，从而测得实时的应力应变量。
12.综上所述，本发明包括以下有益技术效果：本发明所涉及的一种用于力学性能安全监测云系统的应力应变检测方法通过对多个测量数据的检测剔除多个环境因素以及收缩徐变的单独影响，基于受力板块的结构、荷载和环境等特点，建立适合于受力板块的阈值体系，通过云端数据库的设置来实时长期监控受力板块的运行状态和受力特点，方法高效，设备简便。
13.本发明所设计的监测设备通过对固定座、连接反应杆、测量仓的设置，实现了对应力应变的测量时对上下温差改变受力板块形变影响的剔除，同时能够实时反映至数据库，适合长期监测使用，同时通过对测量仓内的测量球的设定，实现了对受力板块动态的整体有限元模型的构建，同时也对受力板块的共振现象提供预警结构，防止长期共振对受力板块产生毁灭性的影响。
附图说明
14.图1是本发明的一种用于力学性能安全监测云系统的应力应变检测方法的方法示意图；图2是本发明的一种用于力学性能安全监测云系统的应力应变检测方法的报警系统示意图；图3是本发明的监测设备与受力板块的相对位置示意图；图4是本发明的监测设备的整体示意图；图5是本发明的监测设备的剖面示意图；图6是本发明的图5的“e”的放大示意图；图7是本发明的图5的“f”的放大示意图；图8是本发明的监测设备的测量装置立体示意图。
15.图中：1固定座、2连接反应杆、3测量仓、4受力板块、101基座、102温度感应器、103pcb板、104固定调节盒、105微型电机、106从动杆、201转动阀、202电阻、301外壳、303测量装置、304位置感应器、305碰撞感应器、306测量球、307固定板、308控制器、309上盖、310电阻式测量仪、311电阻针。
具体实施方式
16.一种用于力学性能安全监测云系统的应力应变检测方法，其中如图1所示，其方法步骤可分为：s1：从受力板块原始监测信息中，提取无荷载下受力板块监测信息,所述监测信息
包括挠度、应力和相应环境温度信息，通过数学方法建立监测信息和环境温度之间的动态函数关系式；s2：通过有限元方法，建立有限元模型，分析环境温度对受力板块受力状态的影响，构建温度对受力板块监测信息影响的置信区间，以判断温度影响的准确性；s3：通过云端数据库以及有限元分析得到的温度数据剔除温度效应对监测值的影响；s4：将原始数据剔除温度效应后找出无荷载的点，然后定期地提取该点的监测值，若发现监测值的增长率逐渐减小且一段时间后趋于稳定则为由收缩徐变效应引起的量值变化，采用数学方法建立时间与收缩徐变对监测信息影响的动态关系式；s5：剔除收缩徐变效应对监测值的影响；s6：基于受力板块的结构、荷载和环境特点，建立适合于受力板块的阈值体系，分为一级绿色、二级黄色、三级橙色、四级红色；s7：根据受力板块安全监测系统的构建要点，建立适用于受力板块的监测云系统和监测设备，主要监测应力、应变、挠度、温湿度、收缩徐变信息，应力和挠度应采用动态监测。
17.具体的，所述适用于受力板块安全监测的阈值体系设定包括：1）一级绿色预警阈值：2）二级黄色预警阈值：3）三级橙色预警阈值：4）四级红色预警阈值：其中：z
1y
表示一级绿色预警阀值；z
2y
表示二级黄色预警阀值z
3y
表示三级橙色预警阀值z
4y
表示四级红色预警阀值；x表示理论计算得到的结构响应值；表示冲击系数；表示校验系数，根据该受力板块的定检报告或荷载试验选取；表示数据完整性系数，通过监测系统调试完成后，一段时间后结合实际统计数据选取。
18.具体的，受力板块的监测云系统包括报警系统，所述报警系统如图2所示，通过云端数据库的数据特征与检测后计算得出的阀值表两者比对，得到最终数据结果，监测云系统进行远程报警显示，报警方式包括图像、声音，同时一方面生成报警记录，一方面进行离线评估，对离线评估进行结构预警，生成报警记录，所述报警记录进行人工处理，生成最终
的报警处理记录。
19.具体的，用于受力板块安全监测信息的所述监测设备如图4所示，包括固定座1、连接反应杆2、测量仓3，其中，所述固定座1包括基座101，所述基座101可固定在受力板块4下端面，位置如图3所示，所述基座101上设置有温度感应器102，所述温度感应器102可测量受力板块4下端面温度，同时还在受力板块4上端面设置有温度感应计，使得可实时测量受力板块4上下两部分的温度差，所述基座101下方固定安装有固定调节盒104，所述固定调节盒104内部安装有pcb板103，所述固定调节盒104内部上方安装有微型电机105，所述pcb板103分别与温度感应器102和微型电机105相连接，所述微型电机105下方设置有从动杆106，所述从动杆106一端与微型电机105相连，所述从动杆106另一端穿过固定调节盒104与所述连接反应杆2固定相连，所述从动杆106与所述固定调节盒104之间设置有转动阀201，所述转动阀201可使得从动杆106固定于固定调节盒104内，同时使得从动杆106可绕自身转动的同时也可左右移动，所述连接反应杆2的另一端与所述测量仓3相连接，所述连接反应杆2与所述测量仓3之间设置有转动阀201，所述测量仓3四周设置有四组连接反应杆2和固定座1。
20.具体的，所述测量仓3包括外壳301，所述外壳301为内部中空的四方体结构，所述外壳301四周均设置有通孔，所述通孔上安装有所述转动阀201，所述通孔可使得所述连接反应杆2穿入测量仓3内部，所述外壳301内部固定安装有测量装置303，所述测量装置303为上端半圆形腔体，下端圆柱形，所述测量装置303上端半圆形腔体内部均匀安装有位置感应器304，所述测量装置303上端固定有碰撞感应器305，所述测量装置303内部盛有三个测量球306，所述测量球306可在所述测量装置303内部随意滚动，所述碰撞感应器305上方固定有固定板307，所述固定板307上方固定安装有控制器308，所述控制器308右侧安装有电源，所述测量仓3上方安装有上盖309，所述测量装置303的四周均分布有电阻式测量仪310，每个所述连接反应杆2的一端固定有电阻202，所述电阻式测量仪310上设置有电阻针311，所述电阻针311与所述电阻202接触，所述电阻式测量仪310可通过连接反应杆2的移动改变电阻，从而测得实时的应力应变量。
21.工作原理：监测设备使用时，依次在所需监测受力板块4下端面均匀间隔安装若干个监测设备，所述监测设备均可通过控制器308与云平台连接，所述固定座1上的温度感应器102和上表面的温度计将受力板块4上下的温度传输进所述pcb板103中，得出的温度等对受力板块监测信息影响的置信区间，pcb板103控制微型电机105工作，带动从动杆106转动，此时从动杆106会根据微型电机105的转动量，向左或者向右移动一定的距离，其移动的距离量根据上下温度的正负差决定，使得所述连接反应杆2也会跟着从动杆106一起移动，其所移动的量为实时温度对受力板块4的影响量，相当于此时检测的数据将温度因素给补偿掉，从而去除了正负温度差对监测数据的影响。
22.所述测量体的电源开启，当四周的连接反应杆2根据正负温度补偿移动一定的距离后，此时固定于受力板块4下方的四个固定座1会由于受力板块4的应力应变的改变，两两之间的距离会发生变化，此时由于固定座1均固定于受力板块4之下，因此所述连接反应杆2会向测量仓3内部移动，而连接反应杆2靠近测量仓3的一端设置有电阻202，此时的电阻针311则会在电阻202上进行一定移动，从而使得电阻式测量仪310的电阻发生变化，使得电阻式测量仪310可以测量出实时的应力应变量，此时将各个位置的应力应变由控制器308传输至云端数据库，此时由于设置有测量装置，当四个固定座1由于受力板块4的应力应变的变
化，使得固定座1与测量仓3的距离的不同，此时会导致测量仓3在受力板块的不同位置会有不同方向不同程度倾斜，此时设置与测量装置内的三颗测量球306则会由于重力的原因落在最低点的位置如图8所示，此时位置感应器304则会将三个小球的中点的位置传输至控制器308，控制器308上传至数据库，此时通过若干个测量仓3的数据分析，则可以动态模拟出受力板块4的有限元模型，得到实时的受力板块监测数据。
23.同时由于三颗测量球306的设置，当设备用于荷载状态下的监测时，由于部分荷载会使得受力板块4产生不间断的震动，从而使得测量球306相互之间产生震动而弹开，此时可通过三颗测量球306位置中间值来判断受力板块应力应变的均值，当受力板块由于一些原因处于共振状态时，对受力板块的损害程度较大，此时通过三颗测量球306之间的共振现象，三颗测量球306将在共振是三者之间相互弹开从而使得测量球306与测量装置303上方的碰撞感应器305碰撞，此时控制器308将该信号生成报警信号，上传至数据库，使得人工进行后续的处理。
24.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。