基于主動Lamb波的疲勞裂紋監(jiān)測技術研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、由于基于主動Lamb波的結構健康監(jiān)測方法具有監(jiān)測全面、監(jiān)測范圍廣、低成本、高靈敏度、低能耗、參數(shù)化設計等優(yōu)點,因而受到了廣泛的關注,具有深入研究的價值和廣泛的應用前景。
  門座起重機是港口作業(yè)的主要設備,它的安全運行是非常重要的。疲勞裂紋是門座式起重機失效的主要因素,給起重機帶來的危害性極大,常常危及到起重機的使用安全,因其造成的事故往往是災難性的。因此,在起重機上實現(xiàn)結構健康監(jiān)測具有重大而深遠的意義。
  AHE-SGI

2、I-1.0型號的疲勞裂紋監(jiān)測裝置是通過采用基于主動Lamb波的結構健康監(jiān)測方法來對疲勞裂紋進行實時在線監(jiān)測的。本文以門座式起重機臂架所用的鋼板作為研究對象,采用疲勞裂紋監(jiān)測裝置,對基于主動Lamb波的疲勞裂紋監(jiān)測方法進行了研究,為疲勞裂紋監(jiān)測裝置用于門座式起重機臂架的巡檢工作奠定基礎。本文主要從以下幾個方面做了相關研究:
 ?。?)總結分析了港口門座起重機中易于出現(xiàn)疲勞裂紋的金屬結構以及疲勞裂紋對起重機械的危害性;闡述了大型起重設

3、備中實現(xiàn)結構健康監(jiān)測的重要性及基于主動Lamb波的結構健康監(jiān)測技術應用于起重設備的意義;綜述了基于主動Lamb波的結構健康監(jiān)測技術的國內外研究現(xiàn)狀。
 ?。?)介紹了Lamb波的基本概念、Lamb波的傳播特性(頻散現(xiàn)象、多模態(tài)現(xiàn)象、衰減現(xiàn)象)以及Lamb波的頻散曲線。
  (3)闡述了壓電元件的相關理論,分析了壓電薄膜傳感器(PVDF)和壓電陶磁傳感器(PZT)的工作原理、影響激勵信號的因素、常用的Lamb波信號處理技術和基

4、于主動Lamb波的疲勞裂紋損傷識別和定位的方法。
  (4)采用有限元的方法,通過ABAQUS有限元仿真軟件,以健康和含有疲勞裂紋的門座起重機臂架所用鋼板為對象,對基于主動Lamb波的鋼板監(jiān)測過程進行了仿真模擬。在ABAQUS有限元仿真軟件中建立有限元模型并選取網格單元類型為平面應變單元,通過相關計算,在保證有限元計算效率和準確性的基礎上,以0.2mm為最小單元長度,采用結構化網格劃分技術劃分網格單元。以中心頻率為100KHz,5

5、個周期的經HANNING窗調制的正弦信號作為激勵信號,在板中施加位移載荷,邊界條件為自由邊界條件,設定時間步長為20ns,對鋼板模型進行求解計算。從接收點采集的的信號中可以看出,Lamb波在鋼板中傳播的過程中,Lamb波頻散出了兩種模態(tài)的Lamb波信號,即對稱模態(tài)Lamb波S0和反對稱模態(tài)Lamb波A0。Lamb波在健康鋼板中的響應信號有兩種,即Lamb波激勵信號和邊界回波信號,而Lamb波在損傷鋼板中的響應信號有三種,即Lamb波激勵

6、信號、邊界回波信號和缺陷回波信號。文中通過分析健康鋼板和損傷鋼板中的響應信號的差信號來實現(xiàn)了對Q235鋼板中的疲勞裂紋的識別和定位,通過有限元計算出的疲勞裂紋的位置接近鋼板的中心位置,驗證了有限元方法的有效性、可行性。
 ?。?)采用AHE-SGII-1.0型號疲勞裂紋監(jiān)測裝置,對基于主動Lamb波的疲勞裂紋監(jiān)測方法進行了實驗研究。在實驗過程中,壓電陶瓷片既充當激勵傳感器同時也充當傳感器。在鋼板中布置四個傳感器,其中一個傳感器作為

7、激勵傳感器在板中激發(fā)Lamb波信號,其它三個傳感器作為接受傳感器,采集Lamb波響應信號。采用小波變換的信號處理方法分析處理采集到的Lamb波信號。我們可以得到三種波形圖,即健康板中的Lamb波信號、損傷板中的Lamb波信號和兩種信號的差信號。疲勞裂紋的相關信息都包含在差信號里。由于Lamb波在傳播過程中遇到缺陷會發(fā)生反射現(xiàn)象,因此,損傷板中的Lamb波響應信號中會出現(xiàn)缺陷回波信號,從而可以判斷疲勞裂紋的存在。依據橢圓定位原理,在相鄰的

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