基于压电阻抗的转子损伤定量检测方法研究

发布时间：2017-05-12 02:00

  本文关键词：基于压电阻抗的转子损伤定量检测方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：旋转机械在工业中有着广泛的应用并在生产生活中发挥着越来越重要的作用。由某些线性或非线性的因素所导致的各种损伤对旋转机械的安全运行构成了较大隐患,因此损伤检测对旋转机械而言有着特别重要的意义。在损伤检测中,损伤是否发生较为容易判断,损伤检测的真正的难点在于如何进行定位和定量的检测。转子是旋转机械的核心部件。为了对转子的损伤进行定位定量的检测,本文将弯曲刚度的变化值作为损伤指标,并引入了压电阻抗法和谱元法进行建模。应用压电阻抗技术进行结构健康检测是基于结构机械阻抗值在结构遭受不同程度的损伤的情况下发生不同程度的变化的原理,即压电阻抗的变化可以反映结构整体性的变化。谱元法兼有谱方法和有限元方法的特点,能够高效地、精确地进行计算。本文研究的重点是建立基于谱元法的阻抗数字模型。针对转子的特殊圆形边界条件,本文使用了环形单元作为被分析的单元。结合板件机电耦合阻抗的分析模型,利用推导出的一系列公式和相关的参数得出了无损和有损状况下结构的机电耦合阻抗表达式。在此基础上引入了泰勒级数展开的方法近似推导出了损伤识别模型,最终提出了基于谱元法的转子损伤识别算法。最后结合实际仿真分析和实际实验,求出了某转子的损伤位置与损伤程度并证明了所提出方法的准确性和高效性。针对阻抗测试实验中信号可能被噪声污染的问题,本文还提出了一种自适应双稳随机共振信号降噪方法。新的双稳随机共振系统增加了模型的阶次,并引入了一种迭代的方法来求快速求得最优系统参数。仿真和实验结果表明该方法具有很好的降噪性能和计算速度,能够提高转子故障辨识的精度。
【关键词】：损伤识别 谱元法 阻抗法 随机共振
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH17
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-15
• 1.1 结构的损伤检测7-10
• 1.1.1 结构损伤检测的研究概况7-9
• 1.1.2 结构损伤检测研究的核心问题和技术9-10
• 1.2 转子系统的故障诊断10-11
• 1.2.1 转子系统故障诊断的意义和研究现状10-11
• 1.2.2 转子系统故障诊断的研究内容和基本环节11
• 1.3 结构健康监测系统及其一般结构11-12
• 1.4 压电陶瓷阻抗法的研究现状12-14
• 1.5 课题来源及主要的研究内容14-15
• 2 压电阻抗法的基本理论15-29
• 2.1 压电现象和压电材料简介15-16
• 2.2 压电效应及压电方程16-20
• 2.2.1 压电效应16-17
• 2.2.2 压电方程及压电常数17-20
• 2.3 压电阻抗法20-22
• 2.4 压电片的驱动响应分析22-24
• 2.4.1 压电片的静态驱动响应分析22-23
• 2.4.2 压电片的动态驱动响应分析23-24
• 2.5 耦合电阻抗分析24-27
• 2.6 本章小结27-29
• 3 二阶自适应随机共振及其应用29-47
• 3.1 随机共振的研究概况29-30
• 3.2 双稳态随机共振理论30-31
• 3.3 具有自适应性的快速随机共振31-36
• 3.3.1 一种新型双稳态模型31-33
• 3.3.2 一种自适应性迭代算法33-36
• 3.4 数字仿真和比较36-42
• 3.4.1 简谐振动信号分析36-39
• 3.4.2 调幅振动信号分析39-42
• 3.5 实验分析42-45
• 3.6 本章小结45-47
• 4 基于薄板理论的阻抗分析模型47-59
• 4.1 薄板的概念及小挠度理论47-48
• 4.2 薄板的振动48-52
• 4.2.1 引述48-49
• 4.2.2 薄板的自由振动和受迫振动49-50
• 4.2.3 圆形薄板的振动50-51
• 4.2.4 薄板振动的边界条件51-52
• 4.3 薄板的机电耦合阻抗分析模型52-55
• 4.4 低成本阻抗测试电路55-57
• 4.5 机电耦合阻抗实验模型57-58
• 4.6 本章小结58-59
• 5 基于谱元法的转子损伤识别59-79
• 5.1 谱方法、有限元法和谱元法59-62
• 5.2 基于谱元法的数字分析模型62-66
• 5.3 基于谱元法模型的损伤识别算法66-68
• 5.4 基于损伤识别模型的数字案例分析68-73
• 5.5 实验分析73-76
• 5.6 本章小结76-79
• 6 总结和展望79-81
• 6.1 研究工作总结79-80
• 6.2 未来工作展望80-81
• 致谢81-83
• 参考文献83-89
• 附录89
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录：89
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录：89

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