变频电机部件结构损伤度评估与剩余疲劳寿命预测方法与流程

本发明涉及电机，具体涉及变频电机部件结构损伤度评估与剩余疲劳寿命预测方法。

背景技术：

1、数字孪生思想是推进电机设备数字化的重要思想，目前在变频电机领域的应用很少。变频电机因其所处的复杂变化的工作环境，常需要对电机关键部件(如上下机架、转轴、定子机座等)的疲劳损伤情况进行评估，并对其剩余疲劳寿命进行预测。针对随机载荷工况下的结构部件，已有结合雨流计数法和材料s-n曲线进行疲劳损伤计算和疲劳寿命预测的相关方法。如何在变频电机的数字孪生模型中应用该方法，正成为目前需要研究解决的一个课题。

技术实现思路

1、本发明的目的是：明确变频电机的数字孪生模型中关键部件结构疲劳情况，完善变频电机数字孪生体。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是提供了变频电机部件结构损伤度评估与剩余疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括建立离线数据库和在线运算；

3、建立离线数据库包括以下步骤：

4、确定变频电机工作频率范围0～f，在工作频率范围内选择时间间隔f/n，抽样选取n+1个频率点；

5、查询每个频率点对应的转速和转矩，形成n+1个工况的数组，所述数组包括工作频率、频率点对应的转速和频率点对应的转矩；

6、建立关键部件的有限元模型，将数组分别带入有限元模型进行仿真分析，获得应力场分布；

7、在变频电机上贴应力应变传感器，根据应力应变传感器获取的数据进行变频电机关键部件的应力测试实验，根据应力场分布对比关键部件的应力值，修正有限元模型；

8、分别选取修正后的有限元模型每组工况下的最大等效应力，形成工作频率与对应的最大等效应力映射关系的(n+1)×2阶矩阵，建立关键部件的离线数据库；

9、在线运算过程包括以下步骤：

10、获得以变频电机运行初始时刻为起始工作频率的时程关系f-t曲线；

11、对时程关系f-t曲线进行离散化处理，得到有限个时刻与工作频率数据点的集合；

12、利用离线数据库中的映射关系矩阵，通过查询与运算得到时间与应力值的点集，插值得到应力载荷-时间关系σ-t曲线；

13、对应力载荷-时间关系σ-t曲线进行分析，将实测载荷历程数据用离散载荷循环的形式表示，得到应力幅值-应力均值对应的疲劳循环次数矩阵表；

14、对疲劳循环次数矩阵表中应力幅值和应力均值进行平均应力修正，计算得到第i级应力幅值sσi和第j级应力均值smj对应的等效应力幅值snij；

15、根据等效应力幅值snij查询材料的应力寿命s-n曲线，得到关键部件在第i级应力幅值sσi和第j级应力均值载荷sσj下的结构疲劳寿命矩阵表；

16、根据疲劳循环次数矩阵表确定关键部件的雨流矩阵，对雨流矩阵进行处理得到第i行、第j列应力载荷所造成的损伤度雨流矩阵对应的总损伤度

17、根据关键部件的设计疲劳寿命t0和运行时间设为t0，得到预期剩余运行时间

18、优选地，采用雨流计数法对所述应力载荷-时间关系σ-t曲线进行分析。

19、优选地，采用goodman法或gerber法对所述应力幅值进行平均应力修正。

20、优选地，利用miner线性损伤累积准则对所述雨流矩阵进行处理得到所述损伤度dij和总损伤度d。

21、本发明的技术方案提出变频电机部件结构损伤度评估与剩余疲劳寿命预测方法，通过提前遍历工作频率工况进行关键部件结构有限元分析并通过实验修正有限元模型的方式，建立了变频电机关键部件结构应力场的数字孪生模型。通过将用户监测系统中提取的工作转频的历史数据曲线离散化，调用离线数据库运算，转化为应力载荷的时程曲线，进而可以使用结构疲劳领域常见的雨流计数法并运用miner线性损伤累积准则，进行关键部件的结构损伤度评估与剩余疲劳寿命预测。

技术特征：

1.变频电机部件结构损伤度评估与剩余疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括建立离线数据库和在线运算；

2.如权利要求1所述的变频电机部件结构损伤度评估与剩余疲劳寿命预测方法，其特征在于，采用雨流计数法对所述应力载荷-时间关系σ-t曲线进行分析。

3.如权利要求1所述的变频电机部件结构损伤度评估与剩余疲劳寿命预测方法，其特征在于，采用goodman法或gerber法对所述应力幅值进行平均应力修正。

4.如权利要求1所述的变频电机部件结构损伤度评估与剩余疲劳寿命预测方法，其特征在于，利用miner线性损伤累积准则对所述雨流矩阵进行处理得到所述损伤度dij和总损伤度d。

技术总结本发明提出变频电机部件结构损伤度评估与剩余疲劳寿命预测方法，通过提前遍历工作频率工况进行关键部件结构有限元分析并通过实验修正有限元模型的方式，建立了变频电机关键部件结构应力场的数字孪生模型。通过将用户监测系统中提取的工作转频的历史数据曲线离散化，调用离线数据库运算，转化为应力载荷的时程曲线，进而可以使用结构疲劳领域常见的雨流计数法并运用Miner线性损伤累积准则，进行关键部件的结构损伤度评估与剩余疲劳寿命预测。技术研发人员：鞠震昊,李名殷,张焱,张宙,王栎宁,钱亚受保护的技术使用者：上海电气集团上海电机厂有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29