载荷谱文献综述.ppt

单击此处编辑母版标题样式,第一级,第二级,28,号字体,第三级,24,号字体,正文,20,号字体,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,基于多特征量的机床性能评估及预测方法研究,指导老师：李斌 教授,罗博,学生姓名：阳雪峰,学生类别：博士研究生,学 号：D,20147,7184,报告提纲,一,概述,载荷谱研究背景,汽车、飞机、机床载荷谱,二,三,四,总结及展望,概述,研究背景,机床在生产加工时出现故障会对生产效率和机床性能都有很大的影响，能及时准确地对机床故障及性能进行预测和判断，缩短数控机床平均无故障时间，会大大提高机床效率和加工质量。,图1 机床故障维修,概述,机床故障诊断方法主要可分为两类：故障发生后故障原因检查及故障排除，故障尚未发生时对机床的性能预测及诊断。,传统故障,发生后检,查诊断的,方法,参数检验法,局部升温法,敲击法,原理分析法,故障未发,生机床性,能预测与,诊断方法,人工智能、专家系统,多传感器信息融合,人工神经网络,模糊理论和故障树,MAS,和,Agent,理论,智能化集成诊断,概述,现代数控机床故障诊断正在向智能化、集成化实现机床性能预测方向发展。,诊断方法,方法原理,优点,缺点,人工智能专家系统,利用数据库中的资料，通过专家系统推理得到结论,智能化高，实时性强,得到结论具有随意性,人工神经网络,运行状态作为网络输入，将学习的只是储存在网络上，输出的节点即为一种故障,适应性强、自学习能力强、诊断速度快,输出结果的好坏取决于样本的完整程度，不善于处理预测性问题,模糊理论,构造模糊关系矩阵和模糊关系方程求解故障诊断问题,模型设计简单，有处理不精确、不完全信息能力,矩阵建立困难，准确性较差，不具备自学习、自适应的特点,智能化集成诊断,多信号特征和多诊断方法相结合的技术,所得结果、高效有效,较复杂，处于研究阶段,在数控机床性能预测诊断新方法的不断融入，对所需分析信号数据也要求能全面、准确地包含机床各种信息，载荷谱是已广泛应用于航空、汽车、造船等领域的包含大量工作状态信息的信号，结合现代机床诊断方法对机床载荷谱研究，对机床设计、可靠性试验、动力学仿真等都有推进作用。,概述,图2 载荷谱的主要应用领域,报告提纲,一,概述,载荷谱研究背景,汽车、飞机、机床载荷谱,二,三,四,总结及展望,研究背景,载荷谱是机械整机结构或零部件所承受的典型载荷时间历程，经数理统计后所得到的表示载荷大小与出现频次之间关系的图形、表格、矩阵和其他概率特征值的统称。,图3 载荷谱的不同表达方式,研究背景,机械零部件因长时间使用受力之后都会产生疲劳损伤，在损伤量达到零部件所能承受的范围，就会产生裂纹、断裂等损伤，载荷谱对整机或零部件的设计和疲劳试验、可靠性试验等都有重大指导意义。,1,图4 载荷谱在加工中心主轴可靠性试验中的应用,1吴道俊.车辆疲劳耐久性分析_试验与优化关键技术研究D.合肥：合肥工业大学，2012,基本方法,雨流计数法,在对载荷谱应变-时间信号分析时，雨流计数法是当前的热门方法，它能快速准确地得到应变循环的大小及次数。,2,图5 雨流计数法原理图,2赵晓鹏.雨流计数法在整车载荷谱分析中的应用R.天津：军事交通运输研究所，2009:67-73.,样,本,长,度,确,定,测,试,方,案,载荷,谱的,应用,全寿,命载,荷谱,载,荷,外,推,载荷,循环,统计,分析,预,处,理,作,业,方,式,工,况,选,择,传感,器安,装与,标定,数,据,采,集,消,除,趋,势,项,剔,除,奇,异,点,数,字,滤,波,载荷循环,计数方法,雨流,计数,参,数,外,推,非,参,数,外,推,载荷谱采集与编辑,报告提纲,一,概述,载荷谱研究背景,汽车、飞机、机床载荷谱,二,三,四,总结及展望,汽车载荷谱,图6 保留100%损伤量与保留75%损伤量的雨流计数和对应损伤直方图,2008年，周水兵对于汽车在试验场九种不同路面行驶，采集汽车八个零部件加速度信号、六个零部件应变信号形成载荷谱，分别对各个零部件载荷谱进行编辑，得到了可用于实际汽车耐久性工程试验的编辑结果。3,3周水兵.用户关联汽车道路载荷谱编制的研究D.浙江：浙江大学，20082010年Chris K.Mechefske等对汽车驱动桥壳载荷谱进行分析，计算出驱动桥壳两个测量点疲劳失效寿命分别为95天和135天，并分析了主要的失效区域，提出设计时应更多考虑疲劳失效而不仅仅是强度问题。4,汽车载荷谱,图7 驱动桥壳一个采集点的应力-时间历程和应变循环次数与大小,4,Chris K.Mechefske.Drive axle housing failure analysis of a mining dump truck basedon the load spectrum,J.Engineering Failure Analysis,2011(18):1049-1057,2012年吴道俊基于车辆载荷谱的分析提出了车辆疲劳耐久性的系统的研究方法与流程，通过编辑的载荷谱对车辆零部件仿真分析，对存在失效问题的零部件进行结构优化，有效提高车辆结构耐久性。5,汽车载荷谱,5吴道俊.车辆疲劳耐久性分析_试验与优化关键技术研究D.合肥：合肥工业大学，2012,图8 某零部件载荷谱编辑前后对比,飞机在训练飞行时，其飞行动作是按照飞行大纲制定好的，其在训练飞行时所承受的载荷是按一定的顺序进行的加载，在对其载荷谱分析时，需考虑载荷加载顺序的影响。1998年张福泽提出以中值寿命概念编制飞机载荷谱的方法，代替传统的雨流计数法，保证载荷幅值与频数关系不变，保留了加载顺序和加载状态对寿命的影响。6,飞机载荷谱,图9 中值寿命编制获得累计频数曲线（曲线1）与雨流计数法编制所得频数曲线（曲线2）,6张福泽.飞机载荷谱编制的新方法研究J.航空学报，,1998，19(5)：518-524.,2011年刘克格、闫楚良对飞机起落架载荷谱进行测量与编制，给出了可供测量起落架载荷的典型切面，并根据起落架不同着陆撞击的载荷，给出着陆撞击段载荷谱编制新方法，提高起落架载荷谱编制效率。7,飞机载荷谱,图10 右主起落架着陆撞击起转回弹重型过载谱和着陆撞击振荡过载谱,7刘克格.飞机起落架载荷谱实测与编制方法J.航空学报，,2011，32(5)：841-848.,2007年陈越良对民用飞机飞行载荷谱进行研究，编制了飞机飞行地-空-地载荷循环，对飞机飞行过程中环境载荷进行研究，给出环境谱的分类及编制方法。8,飞机载荷谱,图11 综合环境载荷谱,8陈越良.飞机载荷/环境谱编制研究及应用J.海军航空工程学院学报，,2007，22(1)：114-118.,2003年ALLEN M J等应用神经网络对飞机机翼载荷进行建模分析拟合，得到优于线性模型并与实际各种飞行状态载荷相近的机翼载荷模型。9,飞机载荷谱,图12 实测载荷、神经网络模型和线性回归模型模拟载荷比较,9ALLEN M J.Modeling aircraft wing loads from flight data using neural networksR.NASA/TM-212032,2003.,2010年Krishna Lok Singh通过飞行数据记录仪中的数据，对飞机载荷谱进行优化，提出了峰谷计数和水平交叉计数两种方法，其中水平交叉计数法能更快地得到载荷序列。10,飞机载荷谱,图13 优化前后载荷时间序列对比,10,Krishna Lok Singh,.Techniques to generate and optimize the load spectra for an aircraftJ.Springer,2010(6):63-72.,机床载荷谱,机床加工状态复杂，对其载荷谱的研究不仅仅局限在疲劳载荷谱上，可从转速、扭矩、功率、温度、切削力、电流等信号进行分析，对机床载荷信号，为方便归一化分析，选用相对载荷进行分析。2014年马宇鹏提出了对数控机床载荷谱采集的六点技术要领：11,针对性,典型性,全面性,真实性,实用性,经济性,11马宇鹏.中型全功能通用卧式数控车床载荷谱的编制方法与应用研究D.吉林：吉林大学，2014.,2008年黄祖广等研究了加工中心功率与转速图谱，分别对铣削钻削镗削的功率分布及转速分布情况进行统计分析。12,机床载荷谱,图14 加工中心功率与转速利用图谱,12黄祖广.加工中心可靠性试验载荷谱的研究J.制造技术与机床，,2008(2)：60-65,.,2014年方杰采集了数十台加工中心长时间加工的载荷数据，并对不完整的数据进行了实验补充，编制了加工中心速度谱、切削力谱、扭矩谱，建立了各个载荷信号的分布模型，并利用得到的分布模型，进行了主轴可靠性试验。13,机床载荷谱,图15 主切削力谱概率分布拟合与累积分布拟合,13方杰.加工中心载荷测试技术与载荷谱编制方法研究D.吉林：吉林大学,2014.,主切削力载荷-循环次数历程近似服从,=1.004，=3.930,的贝塔分布,2010年杨兆军等应用模糊理论对机床故障信号分析，建立故障模式的风险空间图，应用于实际数控机床，对机床故障分析、可靠性设计等都有实际有效作用。14,机床载荷谱,14Zhaojun Yang.,A new failure mode and effects analysis model of CNC machine tool using fuzzy theoryC.Harbin Engineering University，Harbin.2010：582-587,图16 失效模式风险空间图,报告提纲,一,概述,载荷谱研究背景,汽车、飞机、机床载荷谱,二,三,四,总结与展望,总结与展望,总结,1.机床故障诊断、性能监测方法。,2.载荷谱对机械零部件设计与性能预测的意义。,3.在汽车、飞机领域载荷谱应用较成熟，能用于分析设计整机或零部件，在机床领域还处于编谱阶段。,展望,1.机床载荷谱编谱信号、样本长度等的选择。,2.载荷谱提取机床特征信号，反馈到机床或相关零部件设计与性能监测,3.载荷谱在机床台架试验研究,总结与展望,谢谢！,