本發(fā)明涉及海洋工程裝備領域，尤其涉及一種基于運維大數(shù)據(jù)的海工裝備疲勞壽命預測方法。

背景技術：

1、在海洋工程項目建造過程中，需要經(jīng)常用到一些海工裝備，如切割裝備、焊接裝備、運輸裝備等等。海工裝備在長時間的使用過程中，不可避免的會產(chǎn)生一些損壞，需要經(jīng)常性的進行運維，以確保其正常的運行。但一些海工裝備在長時間的使用后，經(jīng)常會在使用過程中產(chǎn)生故障，如運輸裝備經(jīng)常會在運輸過程中產(chǎn)生故障造成相關的建造材料無法準時的到達現(xiàn)場，造成建造工時的浪費，增加人工工時。

2、同時，在長時間的運行過程中，海工裝備會產(chǎn)生疲勞損傷，很容易造成關鍵結構的破壞，為了提高工程設備的可靠性和安全性，需要確定裝備的疲勞應力，避免機械結構產(chǎn)生破壞的問題，這就需要對海工裝備的疲勞壽命進行預測?，F(xiàn)階段的疲勞壽命的預測方法多數(shù)采用的有限元仿真的方法進行，該方法在預測時需要設定一定的假設條件，導致疲勞壽命預測不夠精確，影響疲勞壽命預測的準確性。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服已有技術的缺點，提供一種基于運維大數(shù)據(jù)的海工裝備疲勞壽命預測方法，該方法通過預測海工裝備運行中的各個關鍵節(jié)點的疲勞壽命，減少設備的維修頻率，提高設備的正常使用時長。

2、本發(fā)明的一種基于運維大數(shù)據(jù)的海工裝備疲勞壽命預測方法的主要步驟如下：

3、步驟一、收集海工裝備的歷史運維大數(shù)據(jù)，將歷史運維數(shù)據(jù)分類與統(tǒng)計處理，得到海工裝備的歷史故障信息集，包括裝置的歷史數(shù)據(jù)、故障現(xiàn)象、運維方案及運行時長等信息，選取故障現(xiàn)象為關鍵特征值，計算出發(fā)生該故障現(xiàn)象的故障率si；

4、步驟二、對故障率si進行值域的區(qū)間劃分，將故障率大于等于0.1的故障現(xiàn)象所對應的運維方案中所引發(fā)該故障現(xiàn)象的原因確定為關鍵節(jié)點，0<si<0.1，說明該故障現(xiàn)象發(fā)生的概率較低，可忽略，0.1≤si<1，說明該故障現(xiàn)象發(fā)生的概率較高，確定為關鍵節(jié)點；

5、步驟三、根據(jù)步驟二確定的關鍵節(jié)點，根據(jù)歷史運維數(shù)據(jù)確定各個關鍵節(jié)點的正常運行時間的最大值tmax和最小值tmin，計算各個關鍵節(jié)點的動態(tài)調整因子dai；

6、步驟四、根據(jù)步驟三確定的各個關鍵節(jié)點的動態(tài)調整因子dai，根據(jù)故障率si設定各個關鍵節(jié)點的故障率權重系數(shù)αi，計算出海工裝備的整體的動態(tài)調整因子da總：

7、步驟五、在有限元分析軟件中建立海工裝備的三維模型，根據(jù)步驟四確定海工裝備的整體的動態(tài)調整因子da總進行靜力學分析，得到該裝備運行過程中的應力分布；

8、步驟六、在有限元分析軟件中導入靜力學分析得到的應力分布狀態(tài)對海工裝備進行模態(tài)分析，通過模態(tài)分析得到海工裝備的前兩階固有頻率ω1、ω2，根據(jù)前兩階固有頻率ω1、ω2求解得到質量阻尼系數(shù)α和剛度阻尼系數(shù)β；

9、步驟七、以步驟六得到的質量阻尼系數(shù)α和剛度阻尼系數(shù)β為約束條件對海工裝備進行瞬態(tài)動力學分析，設定時間為100s，時間步長為0.5s，求解得到海工裝備存在安全隱患的關鍵節(jié)點的應力時間曲線，提取出各個存在安全隱患的關鍵節(jié)點的應力值{σ1，σ2…σj}，根據(jù)各個關鍵節(jié)點的應力值{σ1，σ2…σj}進行海工裝備的疲勞壽命仿真分析，得到各個關鍵節(jié)點的疲勞壽命曲線σi-ni，i＝1,2,3…j；

10、步驟八、在各個關鍵節(jié)點處設定海工裝備運行時的振動信號采集器，獲取海工裝備運行過程中是各個關鍵節(jié)點處產(chǎn)生的振動信號{x1，x2…xi}，將采集的振動信號進行歸一化處理，去除噪聲的影響；

11、步驟九、構建基于bp神經(jīng)網(wǎng)絡的海工裝備疲勞壽命預測模型，將歸一化的振動信號輸入到bp神經(jīng)網(wǎng)絡疲勞壽命預測模型中，采用bp神經(jīng)網(wǎng)絡算法進行疲勞壽命預測，得到海工裝備關鍵節(jié)點的預測應力循環(huán)次數(shù)ni；

12、步驟十、根據(jù)于mineral疲勞損傷理論，將預測應力循環(huán)次數(shù)ni與仿真疲勞壽命應力循環(huán)次數(shù)ni，求得各個關鍵節(jié)點的損傷值di，如果損傷值di大于等于0.8，則表明該關鍵節(jié)點需要運維；如果損傷值di小于0.8，則表明該節(jié)點處于正常使用狀態(tài)，可持續(xù)使用；

13、步驟十一、通過運維數(shù)據(jù)統(tǒng)計海洋工程裝備更換關鍵節(jié)點部件的正常運行時長tt，得到海洋工程裝備的總運行時長t總，得到海洋工程裝備的報廢評估系數(shù)θ；

14、步驟十二、根據(jù)海洋工程裝備的報廢評估系數(shù)θ判斷海工裝備的狀態(tài)，如果報廢評估系數(shù)θ大于等于0.9，則表明該裝備已處于老化狀態(tài)，建議報廢處理；如果報廢評估系數(shù)θ小于0.9，則表明該裝備處于正常使用狀態(tài)，可持續(xù)使用。

15、本發(fā)明的有益效果如下：本方法通過利用海工裝備運維過程中的大量數(shù)據(jù)，確定了海工裝備的運維關鍵節(jié)點，對海工裝備關鍵節(jié)點的結構應力和疲勞壽命進行分析，同時利用大數(shù)據(jù)處理方法對關鍵節(jié)點利用神經(jīng)網(wǎng)絡算法對海工裝備的疲勞壽命進行預測，從而確定關鍵節(jié)點的合理運維周期，確保海工裝備的正常運行，減少設備的維修頻率，提高設備的正常使用時長。

技術特征：

1.一種基于運維大數(shù)據(jù)的海工裝備疲勞壽命預測方法，其特征在于包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于運維大數(shù)據(jù)的海工裝備疲勞壽命預測方法，其特征在于：步驟九、采用bp神經(jīng)網(wǎng)絡算法進行疲勞壽命預測的具體步驟如下：

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于運維大數(shù)據(jù)的海工裝備疲勞壽命預測方法，包括通過海工裝備的歷史運維大數(shù)據(jù)選取故障現(xiàn)象為關鍵特征值，計算出發(fā)生該故障現(xiàn)象的故障率，通過故障率確定關鍵節(jié)點，然后通過關鍵節(jié)點計算出海工裝備的整體的動態(tài)調整因子，建立海工裝備的三維仿真模型進行疲勞壽命分析，然后建立基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的海工裝備疲勞壽命預測模型進行疲勞壽命預測，從而得到關鍵節(jié)點的損傷值與報廢評估系數(shù)，對海工裝備進行狀態(tài)評價。本發(fā)明通過對運維數(shù)據(jù)的處理，利用神經(jīng)網(wǎng)絡算法確定關鍵節(jié)點的合理運維周期，確保海工裝備的正常運行，減少設備的維修頻率，提高設備的正常使用時長。

技術研發(fā)人員：步雪梅,代衛(wèi)蒙,王健鵬,趙晨江,陳紅軍,俞玲,曹文靜
受保護的技術使用者：邁科斯（天津）技術服務有限責任公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/26