专利名称：桥式起重机当量载荷谱获取及疲劳剩余寿命估算方法
技术领域：
本发明属于起重机械领域，具体涉及一种桥式起重机当量载荷谱的获取方法及疲劳剩余寿命估算方法，它适用于通用桥式起重机当量载荷谱的获取及其箱形主梁疲劳剩余寿命估算，它也可适用于其它类型起重机当量载荷谱的获取及疲劳剩余寿命估算。
背景技术：
起重机械在经济建设中起着不可或缺的重要作用，是重大技术装备行业中的特种设备，一旦发生事故，经济损失惨重、社会影响恶劣。尤其近年来，国内外许多国家和地区， 相继发生起重机械结构系统突然性断裂和失效事件，而造成这类事故的主要原因之一是疲劳断裂破坏。因此，各国政府和检验机构对起重机械结构系统进行定寿、延寿的研究空前重视。解决起重机定寿、延寿的先决条件是获取能反映起重机金属结构真实使用情况的具有代表性的典型载荷——时间历程，即载荷谱。目前起重机载荷谱的获取主要有二种方法一是现场实测，即通过直接测试得到起重机的载荷——时间历程(载荷谱)，这不仅需要消耗大量的人力物力，而且由于起重机结构系统承受变化的重复载荷，每次实测的结果均不相同，这种随机性和不确定性，导致无法将实测结果直接应用于理论分析与工程实践； 二是应用传统回归方法，传统回归方法基本上可以找到起升载荷与工作循环次数的大致关系，但传统回归(拟合)方式是建立在一定量数学解析关系基础上的相对准确的表述，而起重机的具体实际工况随机性很强，很难用一个确定的数学解析关系式来表示。
发明内容
本发明的目的是解决现有方法存在的因现场实验条件所限、难以实施大量实际载荷谱实测和难以用一个确定的数学解析关系式来表示起重机当量载荷谱的随机性变化趋势的技术难题，并提供一种方便获取当量载荷谱、有效估算起重机主梁疲劳剩余寿命的基于支持向量机的桥式起重机当量载荷谱获取方法及疲劳剩余寿命估算方法。本发明具体公开了一种桥式起重机当量载荷谱的获取方法，包括下列步骤
1)建立支持向量机网络模型
建立输入样本由额定起升载荷和起升载荷构成的两维向量、输出样本为工作循环次数、核函数为高斯径向基核函数的支持向量机网络模型；
2)获取学习样本
以桥式起重机的额定起升载荷和起升载荷作为学习样本的输入，对应该起重机一额定起升载荷的不同起升载荷在一个工作时段内的工作循环次数作为学习样本的希望输出，获取学习样本，并将额定起升载荷值至少均分成 JV份对学习样本进行分级；
3)训练支持向量机网络
把步骤2)得到的学习样本归一化，并随机分为训练样本和测试样本，训练由步骤1)确定的支持向量机网络模型；
4)起重机当量载荷谱的获取
将需要估算疲劳剩余寿命的通用桥式起重机的额定起升载荷和至少况级不同起升载荷输入到步骤3)训练好的支持向量机网络，即可获取该起重机的当量载荷谱。
其中，步骤1)中的所述高斯径向基核函数为
权利要求
1.一种桥式起重机当量载荷谱的获取方法，其特征在于包括下列步骤1)建立支持向量机网络模型建立输入样本由额定起升载荷和起升载荷构成的两维向量、输出样本为工作循环次数、核函数为高斯径向基核函数的支持向量机网络模型；2)获取学习样本以桥式起重机的额定起升载荷和起升载荷作为学习样本的输入，对应该起重机一额定起升载荷的不同起升载荷在一个工作时段内的工作循环次数作为学习样本的希望输出，获取学习样本，并将额定起升载荷值至少均分成 iV份对学习样本进行分级；3)训练支持向量机网络把步骤2)得到的学习样本归一化，并随机分为训练样本和测试样本，训练由步骤1)确定的支持向量机网络模型；4)起重机当量载荷谱的获取将需要估算疲劳剩余寿命的通用桥式起重机的额定起升载荷和至少双级不同起升载荷输入到步骤3)训练好的支持向量机网络，即可获取该起重机的当量载荷谱。
2.根据权利要求1所述的一种桥式起重机当量载荷谱的获取方法，其特征在于步骤 1)中的所述高斯径向基核函数为- -) = eKP(—丨I 丨丨)(ι)式中，A 一输入向量！，( € Rs(β= 2,1=1,2,..1. i为样本个数))， &-一输入向量j , ( ' € Rs(n = 2, J=1,2J. I为样本个数)),σ—核函数宽度系数，III 一表示向量的模。
3.根据权利要求1或2所述的一种桥式起重机当量载荷谱的获取方法，其特征在于 步骤3)中支持向量机网络模型的训练过程为3. 1)通过一个非线性映射识，按照式(2)的超平面函数，将数据样本集(Ui)的输入空间映射到高维特征空间其中^ef为输入变量的值，乃e A为相应的输出变量值5 为实数域，《为维数J = 1，2，…，/ . /为样本个数，7=/0,w) = (w·袄均)+i(2)式中，χ—与、具有相同维数的要预测的输入向量， —与 具有相同维数的要预测的输出向量，w — weH为高维特征空间/f的权向量，炉一输入空间铲到高维特征空间/f的非线性映射， 一iei 为阈值， Θ表示内积；·3. 2)应用SMO算法求解式(5)，解出4
4.根据权利要求3所述的一种桥式起重机当量载荷谱的获取方法，其特征在于在所述步骤3)中，用网格法确定支持向量机网络模型的敏感系数· 惩罚因子以及核函数宽度系数σ的最佳参数组合。
5.根据权利要求4所述的一种桥式起重机当量载荷谱的获取方法，其特征在于，所述确定最佳参数组合的方法为(i)随机取出某一额定起升载荷的数据样本作为测试样本，其余样本作为训练样本；(ii)在训练样本下，代入一组参数fCσ，用SMO算法求解式(5)，解出％<，J3按式(3)的约束条件按等号求出，建立当前参数ff C σ下的映射模型式(6)；(iii)用训练样本和测试样本对模型式(6)进行拟合和测试，评价模型的拟合误差和测试误差；(iv)记录误差最小的参数组合，判断所有参数组合是否测试结束，是，结束测试；否则， 转步骤(i)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种桥式起重机当量载荷谱的获取方法，其特征在于，在最佳参数组合下训练支持向量机网络模型。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种桥式起重机当量载荷谱的获取方法，其特征在于所述况=8。
8.一种桥式起重机主梁疲劳剩余寿命估算方法，其特征在于包括下列步骤1)采用通过权利要求1-7任一项所述的方法获取的桥式起重机的当量载荷谱，计算该起重机主梁跨中危险截面的疲劳应力谱；2)从疲劳应力谱中提取各级应力幅、各级应力幅的循环次数及总循环次数；3)根据Miner疲劳损伤应力幅等效公式计算出该疲劳应力谱的等效应力幅Ow；4)将等效应力幅值^ 代入计算金属构件疲劳剩余寿命的计算公式，即可估算出起重机主梁的疲劳剩余寿命。
全文摘要
本发明公开了一种桥式起重机当量载荷谱的获取方法，包括下列步骤1)建立支持向量机网络模型；2)获取学习样本；3)训练支持向量机网络；4)起重机当量载荷谱的获取。通过获得的当量载荷谱来估算桥式起重机主梁的疲劳剩余寿命。本发明不必寻求建立额定起升载荷和起升载荷与对应工作循环次数间的复杂难为的解析关系式，具有实现简单、有效快捷的特点，能够大大节省起重机现场实测的烦琐过程和大量投入。
文档编号G06K9/62GK102324040SQ20111026705
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月9日 优先权日2011年9月9日
发明者徐格宁, 杨恒, 渠晓刚, 范小宁, 陆凤仪 申请人:太原科技大学