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%。     

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%。