基于固有频率的悬臂梁裂纹参数识别方法研究

发布时间：2017-11-30 13:34

  本文关键词：基于固有频率的悬臂梁裂纹参数识别方法研究

  更多相关文章： 非线性扭转弹簧 固有频率 裂纹参数识别 等高线法 谐响应

【摘要】：悬臂梁是一种广泛应用于航空航天、机械工程、土木建筑以及能源化工等领域的基本构件。服役过程中,梁构件因不可避免地要承受振动载荷的作用,使得结构很容易产生裂纹损伤,甚至引发疲劳断裂事故。因此,研究悬臂梁的裂纹损伤识别技术,对于提高工程装备的安全可靠性具有非常重要的意义。本文以含裂纹悬臂梁为对象,透过裂纹参数对悬臂梁固有频率的影响机制,结合等高线法提出一种基于固有频率的裂纹识别技术。论文完成的主要工作包括:首先,研究裂纹参数对悬臂梁固有频率的影响机制。分析时,将含裂纹悬臂梁简化为由非线性扭转弹簧联接的两段连续介质梁,结合断裂力学和能量原理推导了结构裂纹局部柔度计算公式;考虑振动过程中裂纹的呼吸效应,假定含裂纹悬臂梁的刚度是振幅的非线性函数,建立了呼吸式裂纹梁的一元二次多项式刚度模型;耦合刚度模型和弹性梁动力学方程,推导出含呼吸式裂纹悬臂梁的固有频率方程。在此基础上,通过数值算例探讨了裂纹位置、裂纹深度以及振幅等参数变化对悬臂梁固有频率的影响规律。研究结果为悬臂梁裂纹参数的损伤识别提供了理论模型。接着,结合等高线法和悬臂梁的固有频率方程,提出一种含裂纹梁的等高线裂纹参数识别方法。该方法先基于固有频率方程构造含裂纹悬臂梁的前三阶固有频率响应曲面,并以悬臂梁的前三阶固有频率值构造平面,同时与固有频率响应曲面相交获得频率等高线,等高线投影线交点的横纵坐标对应裂纹的相对位置和相对深度。为验证方法的有效性,以解析固有频率值与实验固有频率值作为已知输入进行裂纹识别算例验证。结果表明,利用等高线法识别裂纹参数具有一定的实用价值,但是识别的精度取决于实测固有频率的精度。最后,考虑固有频率对裂纹参数的不敏感性,提出一种基于谐响应曲线的悬臂梁裂纹参数识别新方法。研究过程中,基于Abaqus平台,分别建立含不同位置、不同深度以及不同数量裂纹的悬臂梁有限元模型,在无裂纹悬臂梁模态分析的基础上确定外部加载幅度和频率范围,然后通过谐响应分析得到对应不同裂纹工况的悬臂梁振幅频响曲线。计算结果表明,裂纹参数的改变会导致频响曲线峰值位置和幅值的变化,因此利用谐响应曲线图对悬臂梁的裂纹参数进行定性识别具有一定的可行性。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH113.1

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵宗煜;;最佳刚度悬臂梁的设计——提高摇钻内立柱刚度的途径[J];湖北机械;1982年04期

2 马玉龙;;悬臂梁压电发电技术研究[J];装备制造技术;2009年12期

3 王军龙;鲍丙豪;闻凤连;龚勇镇;;双晶压电悬臂梁发电装置的建模与有限元仿真分析[J];机械设计与制造;2010年09期

4 岳东旭;于虹;袁卫民;;静电驱动的亚微米悬臂梁谐振器非线性特性[J];光学精密工程;2011年04期

5 田玉滨;闫维明;高振闯;胡世强;;基于自振频率的悬臂梁损伤识别方法[J];结构工程师;2011年S1期

6 郭抗抗;曹树谦;;压电发电悬臂梁的非线性动力学建模及响应分析[J];动力学与控制学报;2014年01期

7 谢祥;靳国永;宿柱;;谱单元法的悬臂梁裂纹识别[J];哈尔滨工程大学学报;2013年12期

8 王建华;胡大琳;张满平;;双悬臂梁结构的应用研究[J];力学与实践;2005年06期

9 武恩;;悬臂梁结构设计中的若干问题[J];内蒙古科技与经济;2007年21期

10 ;大跨度装配式悬臂梁结构简介[J];建筑结构;1989年01期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 牛文杰;;重物冲击下悬臂梁动力响应的能量法[A];第18届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2009年

2 陈荣梅;郭勤涛;张定;;悬臂梁控制系统的动态响应预测与确认研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

3 赵晓锋;王丙利;李斌;温殿忠;;采用MEMS制作悬臂梁结构设计模拟与制作工艺研究[A];中国传感器产业发展论坛暨东北MEMS研发联合体研讨会论文集[C];2004年

4 陈震;郝丽娜;薛定宇;徐心和;刘艳梅;;基于压电智能材料悬臂梁微力传感器研究进展[A];2007中国控制与决策学术年会论文集[C];2007年

5 刘梦伟;佟建华;崔天宏;董维杰;崔岩;王兢;王立鼎;;基于PZT薄膜的集成式微悬臂梁结构设计与制作[A];中国微米、纳米技术第七届学术会年会论文集（一）[C];2005年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 李冰;多尺度硅悬臂梁吸附的理论模型[D];东南大学;2015年

2 金大重;生化检测用集成微机械悬臂梁谐振传感器技术[D];中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）;2006年

3 杨尊先;硅基集成纳机电探针技术的研究[D];中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）;2004年

4 葛悦涛;基于纳米金标记的MEMS压阻悬臂梁生物芯片关键技术研究[D];北京邮电大学;2012年

5 陈卓;空心玻璃微球填充环氧树脂复合材料的力学性能及其悬臂梁结构的阻尼智能化[D];武汉理工大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李杨;用于振动检测的超磁致伸缩薄膜悬臂梁的制备、性能研究[D];南昌工程学院;2015年

2 李小强;悬臂梁压电陶瓷发电装置发电性能研究及结构优化[D];兰州理工大学;2016年

3 郭隆清;基于固有频率的悬臂梁裂纹参数识别方法研究[D];南昌航空大学;2016年

4 卢有为;复合型悬臂梁压电俘能器理论与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

5 许颖颖;悬臂梁压电发电装置的结构设计与研究[D];扬州大学;2012年

6 王晓宇;压电悬臂梁发电装置的研究[D];北京交通大学;2009年

7 庞高磊;车路耦合振动对压电陶瓷机电转换性能影响的研究[D];武汉理工大学;2013年

8 汤骏;钢筋混凝土单悬臂梁试验系统的研制开发[D];南京林业大学;2006年

9 李孝涛;微倾斜悬臂梁在振动冲击载荷下的可靠性分析[D];国防科学技术大学;2010年

10 阮志林;新型多层悬臂梁压电发电装置的发电性能研究[D];扬州大学;2013年

，

本文编号：1239509