裂纹参数变化对叶片低阶弯曲振动特性的影响

目的研究叶盘叶片进气及出气边萌生的横向贯穿型裂纹的分布位置及深度变化对叶片一阶弯曲振动特性的影响。方法根据叶片尺寸及工况建模,得到正常叶片在静止及不同旋转速度下的一阶振动频率,并进行拟合。在正常叶片模型的基础上,通过布尔运算建立裂纹模型,研究横向贯穿型裂纹在不同分布位置及不同深度下对一阶弯曲振动频率的影响,并进行拟合。针对裂纹深度变化采集的定时信号通过DFT变换,得到正常及含有不同深度裂纹叶片的一阶频率,对建模结论进行验证。结果一阶弯曲振动频率先减小后增大,在距离叶根4.23 mm时为最小值801.16 Hz;当裂纹距叶根的距离大于35 mm时,振动频率先接近后大于正常叶片,振幅先接近后小于正常叶片,最终将35 mm设定为位置的阈值;裂纹深度的增加使振动频率单调减小,且速率不断增大。采集的信号经DFT变换得到的一阶弯曲振动频率与建模结果的误差分别为1.9%,2.0%,1.5%,0.6%。结论当叶片进气或出气边位置阈值内出现裂纹萌生及扩展时,一阶弯曲振动频率会小于正常值,此时叶片的一阶弯曲共振区域会增大,需要对旋转机械进行严格的工况监测,同时裂纹深度的增加可提高叶尖定时监测的准确性。     

含裂纹圆截面梁损伤识别频率等高线法

圆形截面梁广泛应用于机械设备与道路桥梁等领域中,裂纹的存在及扩展直接危及梁的安全可靠性,进而引发灾难性事故。旨在研究一种基于频率等高线的裂纹识别方法。使用一种新方法推导了裂纹梁在轴力、剪力和弯矩共同作用时的应力强度因子,给出了相应的柔度系数计算公式。基于有限元法分别推导了含裂纹单元和无裂纹单元的柔度矩阵,推导了梁的振动方程,探讨了裂纹对梁模态频率的影响。在此基础上,将固有频率作为裂纹识别的判断指针,研究了圆形截面梁裂纹识别频率等高线法。最后,基于频率误差函数对固有频率等高线法进行改良,提高了裂纹识别精度。结果表明:改良后的频率等高线法弥补了其在一些工况下无交点甚至无三角形区域的缺陷,使它更具工程应用可行性,并且该方法对裂纹位置和深度的识别也较为精准,相对裂纹深度识别最大误差为77.5%,相对裂纹位置识别最大误差仅为12.6%。     

振动环境下飞机连接部位结构故障诊断与分析

飞机部件之间存在着复杂的连接关系，连接件用于传递载荷和固定部件，一旦发生问题，影响重大。本研究针对在役飞机垂尾与机身对接结构处频发裂纹和紧固件松动故障，按照故障树初步分析影响因素，通过有限元及频响函数进一步计算诊断，并针对结构设计、刚度匹配、强制装配对流场中结构振动问题的影响进行了讨论。分析表明:蒙皮局部突起造成气流紊乱加之发动机振动为连接部位裂纹和紧固件松动的直接原因。针对分析结果，通过改进零件结构、加工方式以提高构件疲劳性能，局部补强以减小后机身局部振动方面完善设计，目前已经过飞行验证，分析过程及改善措施合理有效。     

基于随机振动响应谐振频率偏移的绝缘子无损检测方法

针对电力系统绝缘子安全检测需要,提出一种基于随机振动响应谐振频率偏移的绝缘子无损检测方法。利用Abaqus有限元仿真软件,进行了绝缘子振动模态和随机振动响应分析。根据支柱陶瓷绝缘子断裂位置多发生在其上下法兰附近的实际情况,对无缺陷绝缘子和上、下法兰区有裂纹绝缘子的随机振动响应进行了数值仿真和检测试验研究。结果表明,可以通过绝缘子随机振动响应的谐振频率偏移进行绝缘子无损检测,即上部法兰区的裂纹会导致谐振频率向高频偏移,而底部法兰区的裂纹会导致谐振频率向低频段偏移。在此基础上,通过数值仿真研究了裂纹深度对谐振频率偏移的影响。     

基于模态振型的圆截面梁裂纹识别等高线法

因在外部载荷的作用下，梁构件内部结构容易发生裂纹的萌生和扩展，甚至导致梁构件发生断裂从而引发灾难性事故，研究一种基于模态振型的圆截面梁裂纹识别等高线法。先推导无裂纹单元与含裂纹单元的刚度矩阵，然后求解含裂纹圆截面梁振动微分方程，发现裂纹工况对模态振型有一定的影响。在此基础上，研究不同裂纹位置比和不同裂纹深度比之下前三阶模态振型突变的响应曲面，提出基于模态振型的裂纹识别等高线法。结果表明:对于单裂纹圆截面梁裂纹识别，裂纹深度和裂纹位置的预测结果误差为0；对于双裂纹圆截面梁裂纹识别，裂纹深度预测最大误差不超过2%，裂纹位置预测最大误差不超过2%。     

基于谐响应的弹性悬臂梁裂纹识别分析

针对弹性悬臂梁的裂纹识别问题,探讨了谐响应分析在含裂纹梁损伤识别中的应用。首先结合连续介质弹性梁动力学方程和有限元方法,建立了含裂纹梁的受迫振动方程。然后,基于Abaqus平台建立了若干种含V型表面裂纹的悬臂梁有限元模型,在此基础上通过施加外部激励进行谐响应理论分析。最后,探讨了裂纹几何参数和加载位置对谐振频率及谐响应幅值的影响。结果表明,裂纹深度、裂纹位置、裂纹数量以及加载位置对谐响应变化规律有明显影响,为悬臂梁的裂纹识别提供了思路。     

Neural network solution of the inverse vibration problem

The feasibility of using general regression neural networks (GRNN) to solve the inverse vibration problem of cracked structures was investigated. The case study used in the investigation was a steel cantilever beam with a single edge crack. The first six natural frequencies were used as network inputs, and crack size and crack location were the outputs. The effect of the number of frequency inputs to the network on prediction accuracy was quantitatively evaluated. The results show that GRNN is a powerful instrument for predicting crack size and location over a wide range, and that the prediction accuracy increases with larger number of vibration modes.     

飞机液压裂纹管路动力学分析及其泄漏故障诊断北大核心

加工制造及现场装配会导致飞机液压管路外表面产生微缺陷,管路的流固耦合振动会导致微缺陷逐渐转化成裂纹甚至扩展成贯穿性裂纹,进而导致管路产生泄漏故障。因此,研究两端固支约束的飞机液压管路在含有圆周非贯穿裂纹时的动力学特性,建立飞机液压管路流固耦合振动方程以及两端固支约束管路模态函数,并在此基础上构建裂纹管路模态函数,采用Galerkin法对管路流固耦合振动方程离散化,求解方程得到裂纹位置、裂纹圆周角对管路动力学特性影响规律;考虑在循环冲击作用下管路裂纹会扩展成贯穿性裂纹情况下,对循环压力冲击作用下飞机液压管路泄漏故障进行模拟,通过小波变换和负压波法检测及定位管路泄漏位置,最后开展管路泄漏故障实验,验证了检测方法的精确性。     

An array waveguide probe for detection,location and sizing of surface cracks in metals

The paper describes the development of a novel microwave probe for detection, location and sizing of surface cracks in metals. The probe utilizes the inherent mutual coupling in an array structure to determine crack alignment, placement and dimensions. The main feature of the probe is its ability to electronically scan the region of concern, thus avoiding the large inspection time and unwanted noise experienced in the conventional mechanical scanning. Theoretical and experimental results are presented for a prototype two-cell array probe when scanning a metallic specimen containing a long surface crack. It is shown that the probe is capable of determining the orientation, location and dimensions of surface cracks of a few millimeters depth.     

An analysis of cracked beam structure using impact echo method

Defects influence in a negative way the service life of structures. Thus, detection of them even at a very small size is a very important point of view to guarantee structural safety and to safe costs. The objective of this study is to obtain information about the location and depth of cracks in cracked beams. For this purpose, the vibrations as a result of impact shocks were analyzed. The signals obtained in defect-free and cracked beams were compared in the frequency domain. The results of the study suggest to determine the location and depth of cracks by analyzing the from vibration signals. Experimental results and simulations obtained by the software ANSYS are in good agreement.