基于應(yīng)變場和光纖光柵傳感的機(jī)械結(jié)構(gòu)裂紋擴(kuò)展識別研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備大型化和規(guī)模化的發(fā)展，機(jī)械結(jié)構(gòu)的承載越來越大，工作時間越來越長，機(jī)械結(jié)構(gòu)的斷裂失效已經(jīng)成為設(shè)備結(jié)構(gòu)安全性、可靠性、使用壽命的最大威脅。據(jù)統(tǒng)計，在各種機(jī)械結(jié)構(gòu)的斷裂事故中，有80％的事故緣于疲勞斷裂，故疲勞斷裂具有很大的危險性。監(jiān)測機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展對結(jié)構(gòu)安全性至關(guān)重要。針對這一問題，本文提出了一種有效的機(jī)械結(jié)構(gòu)裂紋損傷擴(kuò)展識別方法，以對裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展進(jìn)行識別和監(jiān)測，這對基于裂紋損傷的機(jī)械結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測和安全分

2、析具有一定的參考價值。
　　 本文首先綜述和分析國內(nèi)外的裂紋損傷識別技術(shù)的研究現(xiàn)狀，著重介紹基于應(yīng)變類參數(shù)的裂紋識別技術(shù)和光纖光柵傳感技術(shù)在裂紋識別和監(jiān)測中的應(yīng)用，分析各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。接著研究基于應(yīng)變參數(shù)的裂紋識別理論，通過三種方法研究應(yīng)變模態(tài)的推導(dǎo)，應(yīng)變模態(tài)測試方法和模態(tài)參數(shù)識別方法。介紹四種基于應(yīng)變參數(shù)的損傷識別方法，闡明其公式、原理和特點(diǎn)，并對四種方法做對比分析，得出應(yīng)變頻響函數(shù)損傷識別參數(shù)具有易測量、精度高的優(yōu)勢。應(yīng)用

3、有限元軟件ANSYS建立帶穿透性三維裂紋板的有限元模型，對結(jié)構(gòu)應(yīng)變場進(jìn)行有限元分析，計算裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子；對四角固支的含裂紋薄板在正弦激勵下的應(yīng)變場進(jìn)行有限元分析，并對裂紋擴(kuò)展和應(yīng)變場分布的關(guān)系進(jìn)行了分析；提出基于應(yīng)變頻響函數(shù)變化幅值的裂紋損傷擴(kuò)展識別指標(biāo)。最后研究了光纖光柵應(yīng)變傳感應(yīng)變原理，構(gòu)建基于光纖光柵傳感的四角固支薄板裂紋擴(kuò)展識別實(shí)驗(yàn)臺，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論分析。實(shí)驗(yàn)表明：本文方法可以有效的對裂紋損傷發(fā)生及擴(kuò)展進(jìn)行識別和監(jiān)測。<

4、br>　　 本文創(chuàng)新點(diǎn)是提出了基于應(yīng)變頻響函數(shù)變化幅值的裂紋損傷擴(kuò)展識別指標(biāo)。其基本原理是結(jié)構(gòu)發(fā)生裂紋損傷后，承載能力下降，裂紋尖端附近產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)變發(fā)生突變，結(jié)構(gòu)損傷前后的應(yīng)變頻響函數(shù)發(fā)生變化。并且隨著裂紋的擴(kuò)展，變幅將增大，而遠(yuǎn)離裂紋的區(qū)域的應(yīng)變頻響函數(shù)的變幅則不明顯。利用此指標(biāo)對裂紋尖端定位，即可對裂紋損傷發(fā)生及擴(kuò)展進(jìn)行識別和監(jiān)測。
　　 本文的研究成果是一種有效的機(jī)械結(jié)構(gòu)裂紋損傷擴(kuò)展識別的新方法，對基于裂紋損傷的機(jī)