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申请/专利权人：浙江远算科技有限公司

摘要：本发明公开了一种水工钢闸门的剩余寿命动态预测方法和系统，属于水利设备技术领域。本发明的一种水工钢闸门的剩余寿命动态预测方法，通过构建网格生成模块、水工钢闸门仿真模块、位移响应计算模块、寿命损耗计算模块、剩余寿命计算模块，得到寿命损耗系数矩阵以及水工钢闸门的实际剩余寿命，因而本发明不光充分考虑了闸门金属锈蚀特质，还考虑了水体作用以及金属疲劳特性，并通过模态缩减方法加速了所述闸门的空间框架动态响应和应力计算，从而可以动态地准确预测闸门的剩余寿命，能够为水工钢闸门的实时预警分析提供重要参考数据。进而本发明可以及时发现水工钢闸门整体结构的强度变化，从而可以有效防止水工钢闸门启闭失灵和过水控制失效。

主权项：1.一种水工钢闸门的剩余寿命动态预测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：利用预先构建的网格生成模块，并考虑闸门金属锈蚀特质，对水工钢闸门工程设计参数进行计算，得到水工钢闸门的动态网格模型；步骤2：通过预先构建的水工钢闸门仿真模块，基于水工钢闸门的开度数据和水位数据以及模态缩减方法对动态网格模型进行处理，得到水工钢闸门在某一频率范围下的截断模态；通过水工钢闸门仿真模块得到截断模态的方法如下所示：S21：获取从传感器得到的水工钢闸门的开度数据和水位数据；S22：以开度数据为依据，旋转动态网格模型，并根据闸门的支铰位置设置固定约束，得到带约束的动态网格模型；S23：在带约束的动态网格模型上加载水位数据，构建水工钢闸门的水体附加质量矩阵；S24：基于水体附加质量矩阵的流固耦合作用，建立水工钢闸门结构响应方程；S25：对水工钢闸门结构响应方程进行求解，得到水工钢闸门结构在水流作用下的模态数据，所述模态数据用于表征水工钢闸门结构的振动形式和振动频率；S26：根据模态数据计算若干阶的模态有效质量分数；S27：基于模态有效质量分数对水工钢闸门动态响应计算的影响，通过低阶固有频率的模态缩减方法对模态数据进行处理，提取出前m阶模态，得到水工钢闸门在某一频率范围下的截断模态，用于加速空间框架动态位移响应以及应力张量矩阵的计算；步骤3：采用预先构建的位移响应计算模块，基于水工钢闸门的边界条件，结合特征水工钢闸门的截断模态，计算得到水工钢闸门的空间框架动态位移响应，并形成水工钢闸门的应力张量矩阵；采用位移响应计算模块得到水工钢闸门的应力张量矩阵的方法如下所示：S31：根据闸门开度、水位、流速和脉动压力，计算得到闸门所受的静压力和动压力；S32：根据静压力、动压力和脉动压力，得到闸门所受的总压力；S33：根据水工钢闸门的动态网格模型、密度、杨氏模量、泊松比参数以及总压力，计算得到结构质量矩阵、结构刚度矩阵和水体载荷矩阵以及水体附加质量矩阵；S34：根据结构质量矩阵、结构刚度矩阵和水体载荷矩阵以及水体附加质量矩阵，建立水工钢闸门的空间框架结构动态位移响应矩阵；S35：利用模态叠加法使用截断模态作为基底，对空间框架结构动态位移响应矩阵进行叠加，得到空间框架动态位移响应；S36：对空间框架动态位移响应进行关于坐标的求导，得到应变张量；S37：根据应变张量的对称性，将应变张量转换为应变向量；并根据应变向量以及本构矩阵，计算应力向量；S38：根据应力向量，得到水工钢闸门的应力张量矩阵；步骤4：利用预先构建的寿命损耗计算模块，根据应力张量矩阵，结合闸门的金属材料疲劳曲线，计算得到水工钢闸门的寿命损耗系数矩阵；利用寿命损耗计算模块计算得到水工钢闸门的寿命损耗系数矩阵的方法如下所示：S41：根据应力张量矩阵，构建应力时程数据数组；S42：对应力时程数据数组进行遍历搜寻，得到应力时程数据数组内的应力极大值和应力极小值；S43：基于金属材料疲劳曲线，引入疲劳分析公式对应力极大值和应力极小值进行计算，得到水工钢闸门的寿命损耗系数矩阵；步骤5：通过预先构建的剩余寿命计算模块，遍历寿命损耗系数矩阵，并结合疲劳寿命曲线，计算得到水工钢闸门的实际剩余寿命；通过剩余寿命计算模块计算得到水工钢闸门的实际剩余寿命的方法如下所示：S51：依据线性累积损伤准则，将寿命损耗系数矩阵进行累积，得到水工钢闸门的寿命损耗系数总矩阵；S52：遍历水工钢闸门的寿命损耗系数总矩阵，获得寿命损耗系数的最大值以及相应空间坐标；S53：根据寿命损耗系数的最大值以及相应空间坐标，并结合疲劳寿命曲线，计算得到水工钢闸门的实际剩余寿命。

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