基于波传播和阻抗特性的裂纹梁损伤识别

基于结构振动波传播理论,讨论了在简谐力作用下,裂纹简支梁的弯曲波动解。为了描述由裂纹引起的梁中波传播的不连续特性,引入弯曲弹簧模型来模拟裂纹,并在此基础上提出了利用梁结构驱动点阻抗特性的裂纹损伤识别方法。以一裂纹简支梁为例进行了数值分析,得到了裂纹简支梁的驱动点阻抗特性曲线。从该曲线可以发现,梁的第一阶谐振频率和反谐振频率都随裂纹的出现而减小,并且频率减少量随裂纹尺寸的增大而增加。结合裂纹梁第一阶谐振频率与驱动点位置关系曲线,利用曲线上出现的突变点,准确地识别了梁的损伤状态和裂纹损伤位置。最后,利用已识别的裂纹位置和第一阶固有频率定量地识别了裂纹尺寸。     

识别疲劳裂纹损伤的瞬时基准方法研究

传统的基于超声导波的结构健康监测及损伤识别方法是通过对比当前测量信号与结构完好时的基准信号进行损伤识别,但这类基准信号对工况及环境变化十分敏感。为降低对这类基准信号的依赖,提出了一种基于瞬时基准的疲劳裂纹损伤识别方法。利用疲劳裂纹在不同幅值激励下不同的超声非线性特性,以小幅值激励下结构响应为瞬时基准信号,以大幅值激励下结构响应为当前信号,使用比例相减法提取当前信号与瞬时基准信号间的差信号,对疲劳裂纹损伤进行识别。分别以完整铝梁及疲劳裂纹铝梁为实验对象,使用压电片激励和接收应力波信号。实验结果表明,该瞬时基准方法可有效识别疲劳裂纹损伤,而无需结构完好时的基准信号。     

一种预测随机谱下裂纹扩展曲线的新方法

提出了一种基于贝叶斯理论在随机谱下采用Walker公式预测裂纹扩展曲线的新方法。首先,将Walker公式中裂纹扩展参数C、n视为随机变量,利用随机谱下的试验数据,基于贝叶斯理论建立其联合后验分布表达式;其次,巧妙地将随机谱下的裂纹扩展分析嵌入马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)方法中,实现对C、n后验分布的抽样;最后,将C、n后验分布均值代入Walker公式中,预测给定初始长度的裂纹在随机谱下的扩展曲线(a-N曲线)。利用7050-T7651和7050-T7452两种材料在随机谱下的裂纹扩展数据验证,发现仅需使用较少的试验数据,基于C、n后验均值预测的a-N曲线与试验a-N曲线就能良好吻合。研究结果对实现结构健康监控(SHM)中对结构未来损伤的准确预测,具有较大的工程应用价值。     

基于小波分析的裂纹梁的损伤识别

阐述了一种基于小波变换的含裂纹梁的损伤识别方法,利用含裂纹梁的一阶模态阵型作为小波分析的力学特征信号,识别损伤的位置和大小.利用小波分析系数的模极大值随分析尺度的传播定位损伤的位置,计算针对于损伤频率信号的能量判断损伤的大小.与以前的小波分析方法相比,此方法确定损伤位置的可靠性高,能识别微小的损伤.利用能量守恒定理和小波分析频段细化的能力,裂纹的定量分辨率高.     

基于固有频率的呼吸式裂纹梁损伤识别方法

将呼吸裂纹梁简化为由扭转弹簧连接的两段弹性梁,在假定振动响应随振幅变化的基础上推导出呼吸裂纹梁的固有频率方程;考虑振动过程中呼吸裂纹的开合情况,假定裂纹梁的刚度是振幅的非线性函数,建立了呼吸裂纹梁的多项式刚度模型;结合等高线裂纹识别理论和方法,提出了一种基于固有频率的呼吸裂纹梁损伤识别方法,算例验证了方法的可行性与有效性。研究表明,该方法的识别精度取决于实验固有频率的精度。     

基于贝叶斯方法的统计模型修正和结构概率损伤识别

提出了一个用马尔科夫链抽样的贝叶斯模型修正和损伤识别方法,用于对梁结构的损伤识别.首先建立了基于结构振动频率测量,确定其振型的目标函数,然后采用延缓拒绝自适应的马尔科夫链蒙特卡洛方法进行随机抽样,得到在完好状态和损伤状态下结构参数的后验概率,通过比较这两种状态下识别参数的概率密度函数,最终得到结构损伤的概率和损伤程度....     

基于PCA和灰色关联的齿根裂纹损伤程度识别

在齿轮齿根裂纹故障检测方面,利用倒频谱分析可以比较损伤程度的轻重,但很难具体量化损伤程度范围。为实现损伤程度的量化检测,提出采用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)与灰色关联分析(Grey Relational Analysis,GRA)相结合的方法。首先,利用能量法计算含不同齿根裂纹的齿轮副时变啮合刚度,分析不同损伤程度的响应,并结合损伤检测统计指标进行量化检测,通过PCA算法,对多维损伤检测统计指标进行降维优化后,计算待检目标序列与各个比较状态序列的关联度,用关联度表征裂纹损伤程度。在理论仿真的基础上,进行实验验证。结果表明,倒谱分析可有效地识别出齿根裂纹故障,损伤程度越大,倒谱的尖峰幅值越大。PCA与GRA结合算法与GRA算法计算的关联度相比更大,区分度也更加明显。并可以有效地量化待检目标的损伤程度,为齿根裂纹的定量识别提供理论依据。     

压电柔性梁裂缝损伤识别实验

针对压电柔性悬臂梁裂缝损伤检测与损伤程度识别问题,采用小波包分析和小波神经网络相结合的方法进行裂缝深度识别实验研究.利用小波包频带能量谱构造柔性悬臂梁裂缝损伤指标,即能量比相对变化量的H2范数,并建立压电柔性梁裂缝损伤实验装置.激励柔性梁的振动,记录两路压电传感器采集的振动信号,进行小波包分解并计算损伤指标.将这些损伤指标进行组合,作为小波神经网络的输入特征参数,进行裂缝深度即损伤程度的识别.实验结果表明:能量比相对变化量的H2范数对柔性梁的裂缝损伤敏感,对测试噪声不敏感;采用的小波神经网络可以精确识别柔性梁的裂缝深度.     

多处损伤的疲劳裂纹扩展分析方法研究

多处损伤(multiple site damage，MSD)是影响老龄飞机结构完整性的重要因素之一。文中以线弹性断裂力学为基础，将应力强度因子组合模型、裂纹连通准则、断裂准则以及MSD扩展中相关性处理综合在一起，建立一种等幅载荷谱下MSD裂纹扩展分析方法，并用所编程序对三种典型MSD模式的扩展与断裂过程进行计算分析。结果表明，寿命预测结果与试验结果吻合很好。     

对接结构多部位损伤裂纹发生概率预测

针对飞机结构的多部位损伤问题,本文基于疲劳统计学原理,结合S-N曲线得出了多细节带孔对接板各细节处裂纹疲劳寿命的概率分布,并利用蒙特卡罗模拟方法预测了对接结构孔边出现多部位损伤裂纹的先后顺序.进行了多细节带孔对接板的拉-拉疲劳试验,预测结果和试验结果吻合良好.     

加筋板多处损伤疲劳裂纹扩展研究

给出加筋板多处损伤裂纹扩展的预测计算和试验,其目的是研究飞机真实结构--加筋板多裂纹扩展的预测计算方法.用Walker裂纹扩展方程和Willenborg-Chang裂纹扩展模型为根据,并在每个载荷循环都考虑裂纹之间的相互影响.用循环接循环进行裂纹累积,用虚拟施加剩余强度载荷和裂尖韧带塑性区连通判据确定临界裂纹尺寸.文中给出典型随机谱下加筋板多裂纹扩展计算预测,并给出初始裂纹和剩余强度载荷的改变对临界裂纹尺寸和扩展寿命的影响,也给出在恒幅谱及程序块谱载荷下加筋板多裂纹的扩展试验以及试验与计算的比较.     

框架结构松动EEMD损伤识别实验研究

针对连接结构在振动环境下易发生松动的问题,进行了框架结构模型连接松动损伤识别实验研究。根据螺钉在不同扭矩下的结构稳态响应信号,分析了信号功率谱差异和松动损伤引起的非线性特征,对响应信号进行了总体平均经验模式分解(EEMD),利用第1阶固有模式函数(IMF)构造能量损伤指标进行螺钉连接松动识别。结果表明,基于高频固有模式函数所构造的能量损伤指标可以有效表征不同扭矩下的连接松动所引起的结构非线性损伤,能够较好地反映螺钉连接结构的松动情况。     

梁类结构多裂纹微弱损伤的小波有限元定量检测方法

提出了一种定量检测梁类结构多裂纹参数的方法。利用适宜求解奇异性问题的小波有限元法,从动力学正问题入手,对裂纹梁进行有限元建模,获得裂纹故障在结构固有频率上反映的本质征兆,并利用曲面拟合技术绘制出以裂纹位置和深度作为变量的固有频率变化率曲面,然后对整个裂纹梁进行剖分,迭代求解出每个剖分单元上的结构损伤系数。损伤系数为正的单元诊断为裂纹单元,在每个裂纹单元上求出裂纹对应的前三阶固有频率变化率,并分别将其作为输入参数代入固有频率变化率曲面,做出前三阶模态的频率变化率等高线,最后通过三条等高线的交点预测出裂纹存在的位置和深度,算例分析验证了该算法的有效性。     

疲劳多裂纹问题的Tayor级数解法

疲劳多裂纹问题是老龄结构可靠性分析中受到广泛关注的问题,在可靠性分析中需要反复求解多裂纹扩展方程,对计算方法的精度和效率提出了很高的要求。Taylor级数法是代数,微分方程的一种新的数值解法,其在线性问题中的理论和应用已经比较完善和成熟,本文将Taylor解法进一步用于非线性的疲劳多裂纹扩展方程的求解,对非线性项可以表达为多元多项式的问题,完善了Taylor级数方法的理论,通过计算实例验证了方法的精度和求解效率。     

金属板材拉深成型裂纹识别实验

提出一种采用声发射(Acoustic Emission,AE)技术对金属板材拉深件的成型状态进行识别的方法。在此实验过程中,首先采集金属板材拉深成型时的裂纹AE信号,然后用独立分量分析法对其进行分离,进而采用时序分析法提取裂纹AE信号的特征参数-能量值,最后根据模糊综合评判法辨别制件是否有裂纹产生。通过实验结果分析可知,采用AE技术能够准确地监测产生裂纹的初始和扩展过程,也能有效识别拉深件成型状态,为拉深成型件的质量判断提供了有力依据。     

多冲碰撞载荷下激光涂层的裂纹损伤及机理分析

对激光涂层进行了多次冲击碰撞试验，并通过SEM等手段分析研究了激光涂层在多冲碰撞载荷下的裂纹形成与扩展机理。研究发现：涂层裂纹多从表层起源，在涂层内应力和反复碰撞压应力的联合作用下逐步扩展；裂纹形状与材料、熔覆工艺及多冲工况相关，裂纹在表面呈横断和网状两大类，在截面呈垂直和网状扩展型两种。用应力集中理论和空位聚集理论解释了裂纹的成核与扩展机制。     

利用小波变换的双裂纹悬臂梁参数识别实验研究

将小波变换直接用于含裂纹悬臂梁的不同模态,利用小波系数在空间域上的突变指示裂纹位置,通过定义集中因子标定裂纹深度。并分析和讨论了悬臂梁前四阶模态对损伤的敏感性。通过本文的实验研究,检验了sym4小波在工程应用中的适用性,并指出二阶模态是较为敏感的损伤信息,有助于提高缺陷识别的精度和可靠性。     

基于小波神经网络的RC梁损伤识别试验研究

简要阐述了小波包分析及BP神经网络理论，利用小波包变换对获得的加速度信号进行分解和重构，求解各频带内的信号能量，将其作为神经网络输入参数，对神经网络进行训练，然后利用该网络进行损伤检测。按上述方法，通过有限元分析对RC梁进行损伤模拟，建立了结构损伤识别神经网络。按同样的构造制作了RC试件，并进行了损伤试验研究，对试验中在不同损伤情况下采集的加速度信号进行小波包分解和重构，将得到的能量向量输入已建网络判断结构的损伤。从试验结果可以看出诊断误差很小，能够满足实际工程要求。     

高温构件蠕变损伤与裂纹扩展预测研究新进展

精准的寿命预测是高温构件设计制造与运行维护的关键,但多轴应力和裂纹等缺陷的存在使得寿命预测的难度大大增加。综述了笔者近年来在高温蠕变损伤模型和蠕变裂纹扩展仿真方面的研究工作,主要包括:讨论了应力水平和应力状态对蠕变断裂应变的影响规律;基于幂律蠕变控制孔洞长大理论,提出了新的多轴蠕变延性模型;采用基于应变的损伤力学模型,预测了多种含缺陷结构中蠕变裂纹的扩展行为,并分析了蠕变条件下多个表面裂纹干涉、扩展及合并的全过程;发展了基于晶界孔洞化损伤机制的裂纹扩展分析方法,实现了蠕变疲劳裂纹扩展仿真和蠕变疲劳氧化裂纹扩展仿真。这些工作为建立考虑多轴应力影响的含缺陷高温构件寿命预测方法提供了有力支持。