基于应变分析的疲劳裂纹在线监测及寿命预测方法研究

发布时间：2021-02-27 08:08

　　在机械工程和航空航天等领域应用的机械产品和设备中,其关键零部件经常受到热、力等交变载荷的作用,容易发生磨损、断裂和疲劳破坏,导致产品在有效寿命期内过早的报废。为了确保设备的安全可靠性,发展结构健康监测技术是很有必要的。本文采用数值模拟与实验相结合的方式对铝合金材料疲劳裂纹扩展过程进行了研究,提出了基于模型的反数据算法对裂纹长度的模式识别,以及利用粒子滤波算法对裂纹结构的剩余寿命进行预测。首先,通过ABAQUS有限元分析软件对结构疲劳裂纹扩展过程进行了仿真研究。利用ABAQUS软件对铝板试件进行了有限元建模分析,得到了模型应力分布云图,优化传感器布置;在ABAQUS平台下利用PYTHON脚本语言进行建模分析,实现裂纹连续扩展过程。通过仿真发现裂纹两侧位置由于受拉应力作用,应变变化趋势基本一致,随循环次数的增长应变不断增大,而裂纹尖端则由于受压应力的作用,应变随循环次数的增大不断减小;得到裂纹扩展过程中随着循环次数的增加应力强度因子以及传感器位置处的应变数据;通过Paris公式得到扩展过程中裂纹长度与循环次数、应变与循环次数的函数关系。其次,搭建了疲劳裂纹扩展在线监测实验平台,对疲劳裂纹的... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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1 绪论
    1.1 结构健康管理与健康监测
    1.2 研究背景及意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 裂纹监测的国内外研究现状
        1.3.2 裂纹扩展有限元模拟的国内外研究现状
    1.4 裂纹扩展分析软件简介
    1.5 主要研究内容
2 应变式传感器传感原理及断裂力学基本理论
    2.1 应变传感器的传感原理及其监测的优缺点
    2.2 疲劳裂纹扩展概述
        2.2.1 疲劳的分类
        2.2.2 裂纹的基本类型
    2.3 应力强度因子理论
    2.4 疲劳裂纹的扩展规律
    2.5 本章小结
3 疲劳裂纹扩展过程有限元仿真
    3.1 等参数奇异单元法
    3.2 裂纹断裂准则
    3.3 ABAQUS有限元分析步骤
    3.4 基于PYTHON的裂纹自动扩展设计
        3.4.1 疲劳裂纹自动扩展程序设计
        3.4.2 裂纹扩展仿真步骤
    3.5 本章小结
4 疲劳裂纹扩展在线监测实验研究及寿命预测
    4.1 实验研究
        4.1.1 实验试件设计
        4.1.2 实验系统及结果
    4.2 反数据算法
        4.2.1 基于欧几里得最小距离的模式识别
        4.2.2 反数据算法原理
        4.2.3 基于模型的裂纹长度模式识别结果
    4.3 疲劳寿命预测
        4.3.1 蒙特卡罗仿真原理
        4.3.2 Bayesian filtering原理
        4.3.3 粒子滤波原理
        4.3.4 寿命预测结果
    4.4 本章小结
5 总结与展望
    5.1 全文内容总结
    5.2 后期工作展望
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]旋压皮带轮的疲劳裂纹扩展寿命计算[J]. 翁剑成,史文杰.  机械传动. 2017(09)
[2]基于遗传规划算法的不同应力比下不同厚度7050铝合金疲劳裂纹扩展寿命预测[J]. 罗豪鑫,陈传勇,刘建中,张丽娜.  材料科学与工程学报. 2017(01)
[3]微带贴片天线应变传感器优化设计研究[J]. 何存富,闫天婷,宋国荣,吕炎,吴斌.  仪器仪表学报. 2017(02)
[4]航空发动机叶片TC4钛合金振动疲劳裂纹扩展研究及剩余寿命预测[J]. 孙宇博,雷娟娟.  表面技术. 2016(09)
[5]室温和650℃下晶粒尺寸对GH4169合金疲劳小裂纹萌生和扩展行为的影响[J]. 吴楠,张显程,涂善东,钱夏夷,王一宁.  机械工程学报. 2016(20)
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[7]含中心微裂纹α-Fe拉伸与疲劳失效机理的原子模拟[J]. 袁玉全,曾祥国,胡燕飞.  陕西师范大学学报(自然科学版). 2016(02)
[8]不同应力比下ADB610钢疲劳裂纹扩展速率的试验研究[J]. 韦龙,王时越,刘国寿,杨锡阶.  机械强度. 2016(01)
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[10]压载荷对LY12M铝合金中疲劳裂纹扩展速率影响的三种工程模型的验证（英文）[J]. 宋欣,李红萍,邵俊鹏,张嘉振,王亚辉,于晓东.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012(S1)

博士论文
[1]不同应力比下的疲劳裂纹扩展可靠性研究[D]. 王坤茜.昆明理工大学 2012
[2]基于知识的结构健康管理系统关键技术研究[D]. 常琦.南京航空航天大学 2011
[3]基于FBG光谱特性的结构损伤监测技术研究[D]. 黄红梅.南京航空航天大学 2011

硕士论文
[1]典型机械结构分布式光纤应变监测及应变场重构方法研究[D]. 刘苏州.南京航空航天大学 2016
[2]无人机机翼肋板裂纹扩展有限元分析[D]. 王海鹏.南昌航空大学 2014
[3]基于SIR粒子滤波的裂纹扩展预测[D]. 张华.南京航空航天大学 2013
[4]航空发动机和传动系统中电阻应变测试技术应用研究[D]. 付亚冰.湖南大学 2013
[5]面向航空结构的应变—裂纹监测系统的研制[D]. 王昊.南京航空航天大学 2013
[6]基于ABAQUS的裂纹扩展仿真软件及应用[D]. 王慰军.浙江大学 2006
[7]应力断料中裂纹扩展的数值模拟研究[D]. 冒小萍.兰州理工大学 2004



本文编号：3053944