基于动态特性的疲劳损伤检测研究

发布时间：2020-05-16 23:30

【摘要】：疲劳是零件或构件的主要失效形式之一,疲劳损伤的检测一直是材料、机械的研究热点。面向在线检测和无损检测迫切需求,本文发展基于动态特性的疲劳损伤检测方法,为构件的疲劳演化研究提供新手段。当疲劳试样承受循环加载时,由于其内部损伤的存在会产生周期性的冲击、摩擦等复杂动力学特性,这些动态行为与施加的循环载荷信号相耦合,导致测量得到的疲劳试样的振动信号具有典型的循环平稳特征。本文使用循环平稳信号处理方法对疲劳损伤过程开展研究,具体工作如下:1)编制循环平稳信号的处理算法,基于试样振动信号的二阶循环统计量定义损伤特征参数(如循环频率谱区),建立循环载荷下疲劳损伤(在线)检测方法。2)基于Simulink仿真平台,建立单轴疲劳动力学系统仿真模型,开展检测方法的数值评价研究,数值算例验证了提出方法的有效性。3)开展对称循环加载疲劳试验,搭建试样振动信号采集系统,基于提出的损伤特征变量(循环频率谱区),研究试样疲劳损伤的变化规律。基于循环平稳的损伤检测易受到试验机工作状态的影响。传递率函数定义了疲劳试样上不同响应之间的动力传递模型,可摒弃试验机输入载荷(变化)的影响。因此本文亦开展了基于传递率函数的损伤检测方法,主要工作如下:1)以宽频信号作为试验机输入载荷,搭建试样振动信号采集平台,应用谱估计算法,建立传递率函数高精度估计方法。2)基于Simulink仿真平台,建立单轴疲劳动力传递率模型,以过滤高斯噪声为激励信号,基于估计得到的力传递率函数研究损伤的演化过程。3)以扫频信号为试验机输入载荷,估计试样不同位置处加速度响应之间的传递率函数,构造损伤特征变量,研究疲劳损伤的变化规律。仿真分析和疲劳试验结果验证了上述两种基于动态特性的疲劳损伤检测方法的可行性,这为疲劳损伤演化及抗疲劳制造工艺的评价研究奠定了基础。
【图文】：

图 2.1 同步平均函数可同时显示频域能量的变化和波形的演化个时间间隔 τ 的瞬时自相关函数 xrR 是时开，如公式（2.23）： 2,x xj tr rAR t R e 里叶系数 xrR 称为循环自相关函数。循环自相相关密度函数 xS f 是，也称为循环谱密度函 2xj fx rS f R e d 号的谱频率，，α 称为信号的循环频率，循环频含周期形成分的频率，A 是一个包含所有循环表示谱频率，就是原始采集信号的频率；对于

图 2.2：循环频率和谱频率谱相关密度函数是一个理论值，平均循环周期图法（ACP）、循环调制谱CMS）、快速谱相关法（Fast-SC）[54]是三种谱相关密度函数估计量的估计方均循环周期图法是一个常用的估计量，但算法效率较低。循环调制谱法算谱频率不能取很高分辨率，影响谱相关密度函数估计精度。快速谱相关法两种方法基础上发展而来，能够快速准确估计谱相关密度函数。为了快速的求取振动信号的谱相关密度函数，实现疲劳损伤的在线检测，需要很高序分析效率，及时反映出疲劳损伤积累导致试样物理性质的衰减，因此选速谱相关法（Fast-SC）来估计谱相关密度函数。图 2.3 短时傅里叶变换参数图解快速计算谱相关算法的基本过程是[54]，先对循环平稳性信号加窗并进行
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB302.5

【参考文献】

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本文编号：2667524