以风险识别为目的的门式起重机传感器优化布置研究

发布时间：2017-04-13 07:07

  本文关键词：以风险识别为目的的门式起重机传感器优化布置研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：起重机械是工业生产和物流业的重要设备,其安全运行直接关系到企业安全生产和国家经济运行的安全。随着国家经济的快速发展,起重机械得到了广泛的应用。同时,科技的发展和需求的升级,使得起重机械向结构大型化、功能多元化发展,人们对其安全性能的要求不断增高,起重机械风险监测系统也随之不断得到广泛应用。然而,起重机械传统健康监测着重于对结构损伤发出预警,主要考虑正常工况下起重机结构的承载能力,而未将吊重突然卸载,歪拉斜吊、台风作用下大车歪斜前进等特殊危险工况考虑在内。因此在研究起重机风险时,应考虑起重机械结构特性不同于桥梁等柔度较大的结构,其本身结构高耸、刚度大、重心高,失效状态多为突发的、难以预测的倒塌、脱轨等非损伤累积的过程,与常规结构的失效模式不同这些特点。针对上述情况,本文提出了应对起重机风险监测系统进行完善的观点。在利用智能传感技术实现基于损伤累积的起重机风险监测的基础上,结合起重机服役环境、常见失效模式等特点,同时实现对起重机瞬态突发危险工况即起重机基于状态的风险的监测,并利用起重机械损伤预警和安全评估系统相关理论和方法,及时并准确地对起重机风险进行识别和判断,以便及时而有针对性地制定风险相关策略和手段以降低事故发生的概率。本文以门式起重机为研究对象,提出了一种基于风险的、更为科学的、全面的起重机风险监测概念,总结出了基于风险识别的健康监测系统框架,并对其监测系统的传感器布置进行了相关研究和优化。首先,结合结构风险的概念以及起重机结构特性,本文提出将起重机风险监测系统分为2类：一类是基于状态的起重机风险监测系统：另一类是基于损伤累积的起重机风险监测系统。其次,依照《起重机设计规范》和《起重机械安全规程》、应用本课题组研制的轨行式起重机防撞系统以及通过大型有限元分析软件ANSYS的数值模拟,分别从起重机工作环境、工作空间以及自身状态等三个方面分析得到了起重机状态风险监测仪器布置方案。然后,鉴于一般情况下应力、位移传感器主要布置在应力、位移危险点用以判断和记录结构整体和局部状态以评估结构损伤和寿命。本文认为：应力、位移传感器还可用于监测识别起重机基于状态的风险。应用综合评价法对用于识别起重机状态风险的应力及位移传感器进行优化布置。根据起重机结构、工作环境及有限元分析结果确定影响测点布置的因素集；利用层次分析法(AHP)确定各因素权重：通过距离测度矩阵构建模糊支持度矩阵；应用模糊数学的方法将因素集中各因素进行分级和标准量化；最后利用加权平均综合评价法对应力位移传感器待选测点进行了优化布置。最后,本文对用于起重机模态识别的状态风险监测的加速度传感器进行了优化布置研究。应用MATLAB对门式起重机基于模态识别的加速度传感器优化布置程序进行优化,分别从模态数目的选取、传感器数目的确定以及优化方法的改进三方面进行。通过ROC变化率选取模态数目；运用基本和声算法确定传感器数目；通过改进和声记忆库初始值以及将三个重要参数设为随迭代过程动态变化的形式对和声算法进行改进。应用简支钢桁架梁桥模型证实了改进优化方法在收敛速率以及稳定性方面的优越性。通过应用提出的传感器优化布置方法,得到改善后的门式起重机加速度传感器布设位置。
【关键词】：风险监测系统 风险识别 门式起重机 传感器优化布置
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH213.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外起重机风险研究现状与问题11
• 1.3 传感器优化布置研究意义和现状11-16
• 1.3.1 传感器研究现状11-12
• 1.3.2 起重机械传感器优化布置研究意义12-13
• 1.3.3 传感器优化布置准则研究现状13-15
• 1.3.4 传感器优化布置方法研究现状15-16
• 1.4 本文研究目的和主要研究内容16-20
• 1.4.1 本文研究目的16-17
• 1.4.2 本文研究的主要内容17-20
• 第二章 门式起重机风险监测系统20-28
• 2.1 引言20
• 2.2 风险20-21
• 2.2.1 风险的内涵20
• 2.2.2 风险的属性20-21
• 2.2.3 风险的特点21
• 2.3 起重机风险分析21-23
• 2.4 起重机风险识别概念23-24
• 2.5 基于状态的风险监测24-25
• 2.5.1 研究监测系统设计准则24
• 2.5.2 基于状态的风险监测系统24-25
• 2.6 基于损伤累积的风险监测25-26
• 2.6.1 监控与评估25-26
• 2.6.2 设计验证26
• 2.6.3 研究与发展26
• 2.7 本章小结26-28
• 第三章 起重机状态风险监测方案28-50
• 3.1 引言28
• 3.2 起重机工作环境的监测方案28-31
• 3.2.1 风28-30
• 3.2.2 温度、湿度30-31
• 3.2.3 地震31
• 3.3 起重机工作空间的监测方案31-32
• 3.3.1 与别的起重机的相对位置31-32
• 3.3.2 与自身吊重的相对位置32
• 3.4 起重机自身状态的监测方案32-49
• 3.4.1 起重机典型危险工况的选取32-34
• 3.4.2 有限元静力分析结果34-40
• 3.4.3 单一危险工况的识别40-45
• 3.4.4 多重危险工况的识别45-48
• 3.4.5 传感器布置方案48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 基于综合评价法的应力及位移传感器优化布置50-58
• 4.1 综合评价法传感器优化布置理论50-53
• 4.1.1 测点综合支持度50-51
• 4.1.2 综合评价法51-53
• 4.2 工况一位移传感器优化布置53-57
• 4.2.1 权向量的计算54
• 4.2.2 测点综合支持度计算54-55
• 4.2.3 测点位移梯度和位移水平评价55
• 4.2.4 测点传感器安装性能及安全性评价55-56
• 4.2.5 测点综合评价56-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第五章 起重机加速度传感器优化布置理论研究58-70
• 5.1 引言58
• 5.2 传感器优化布置的数学模型58-60
• 5.3 优化准则60-64
• 5.3.1 基于信息论的优化准则61-63
• 5.3.2 模态保证准则63-64
• 5.4 优化方法64-68
• 5.4.1 QR分解法65-66
• 5.4.2 T优化方法66
• 5.4.3 基本和声算法66-67
• 5.4.4 改进和声算法67-68
• 5.5 本章小结68-70
• 第六章 基于模态识别的起重机加速度传感器优化布置70-82
• 6.1 引言70
• 6.2 优化方法改进170-74
• 6.2.1 模态数目的选取70-72
• 6.2.2 传感器数目的选取72-73
• 6.2.3 QR分解和T优化方法得到和声记忆库初始值73-74
• 6.2.4 QRT-HS与HS结果对比74
• 6.3 优化方法改进274-76
• 6.3.1 改进和声算法75
• 6.3.2 IHS与HS结果对比75-76
• 6.4 优化方法改进3(QRT-IHS)76-77
• 6.5 改进优化方法在门式起重机上的应用77-81
• 6.5.1 模态数目的选取78
• 6.5.2 传感器数目的选取78-80
• 6.5.3 传感器优化布置结果80-81
• 6.6 本章小结81-82
• 第七章 总结与展望82-84
• 7.1 结论82-83
• 7.2 展望83-84
• 致谢84-86
• 参考文献86-92
• 作者简介92

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