起重機的聲發(fā)射源特性及識別方法研究.pdf

1、起重機是廣泛使用的大型機電類特種設(shè)備，其安全運行與社會經(jīng)濟發(fā)展息息相關(guān)，我國在役起重設(shè)備數(shù)量多，增幅快，截至2007年底在用起重設(shè)備總量95．79萬臺，與2003年底相比增幅達(dá)72．3％，開展無損檢測是保障起重機安全運行的重要手段。近年來，聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器、航空航天等行業(yè)的無損檢測中得到了廣泛的應(yīng)用，與超聲、磁粉、射線、滲透等常規(guī)無損檢測方法相比，它具有對活性缺陷敏感、一次試驗中可對被檢結(jié)構(gòu)件或設(shè)備進(jìn)行整體檢測、檢驗周期短、效率高等

2、優(yōu)點，但對起重機的無損檢測，目前還處于起步階段，對起重機工作現(xiàn)場的聲發(fā)射源缺乏認(rèn)識。因此，研究起重機工作現(xiàn)場的聲發(fā)射源特性、尋求有效的聲發(fā)射源識別方法是目前檢測中急需解決的問題，也是制定起重機聲發(fā)射檢測標(biāo)準(zhǔn)和開展現(xiàn)場檢驗的前提。本文結(jié)合國家“十一五”科技支撐計劃項目，對起重機工作過程中的各種典型聲發(fā)射源特性及識別方法開展研究，完成的主要工作有： （1）通過Q235鋼和Q345鋼母材和焊縫試件拉伸過程的聲發(fā)射監(jiān)測，獲取了四種試件拉

3、伸過程的聲發(fā)射特征，結(jié)果表明：拉伸過程的聲發(fā)射行為與材料內(nèi)部損傷是相吻合的；利用聲發(fā)射有效值電壓（RMS）曲線和能量率曲線能清晰的觀察到屈服點的出現(xiàn)，也能觀測到焊縫試件拉伸過程的多次屈服現(xiàn)象，Q345鋼焊縫試件的雙屈服現(xiàn)象尤為明顯，而這些現(xiàn)象在應(yīng)力應(yīng)變曲線中是不能反映出來的。 （2）在Q235、Q345鋼拉伸試驗和箱形、槽形試件彎曲試驗過程的聲發(fā)射監(jiān)測試驗所獲取的材料拉伸過程和結(jié)構(gòu)件彎曲過程聲發(fā)射特性基礎(chǔ)上，對帶有焊接表面裂紋的

4、大型結(jié)構(gòu)件——起重機箱形梁進(jìn)行了破壞性試驗，監(jiān)測了試驗全過程的聲發(fā)射現(xiàn)象，對比各級載荷下的應(yīng)力值和表面裂紋區(qū)域的磁記憶檢測結(jié)果，得到了表面裂紋擴展和塑性變形聲發(fā)射源的聲發(fā)射特性，包括：聲發(fā)射定位特征、參數(shù)分布特征和波形頻譜特征。 （3）通過大量的起重機現(xiàn)場試驗，系統(tǒng)地獲取了橋式/門式起重機工作過程中六種典型聲發(fā)射源的聲發(fā)射特性，分別為大車/小車移動、起升/下降制動、結(jié)構(gòu)摩擦、氧化皮剝落、雨滴噪聲、電器設(shè)備噪音等；同時完成了起重機

5、主梁上的衰減特性測量和線性定位試驗，結(jié)果表明：線性定位方法可以對箱形梁、桁架主梁上的聲發(fā)射源進(jìn)行正確定位。 （4）研究了小波分析在起重機聲發(fā)射信號處理中的應(yīng)用問題，分析了聲發(fā)射信號處理中的小波基選取方法，根據(jù)小波分析的Mallat算法，推導(dǎo)了小波分解的最大尺度公式，確定了各尺度下信號的頻率范圍，提出了基于小波能譜系數(shù)的起重機聲發(fā)射源特征提取方法，實例證明，該方法能夠?qū)Ρ砻媪鸭y擴展、塑性變形、結(jié)構(gòu)摩擦和小車移動四種聲發(fā)射源進(jìn)行正確

6、的識別。 （5）研究了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在起重機聲發(fā)射波形信號模式識別中的應(yīng)用問題，通過對BP網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造、初始權(quán)值的選取、算法的選擇等問題的研究，提出了改進(jìn)的RPROP算法；結(jié)合基于小波分析的聲發(fā)射信號特征提取，設(shè)計并培訓(xùn)了能對起重機工作過程典型聲發(fā)射源進(jìn)行正確識別的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過對起重機實際聲發(fā)射檢驗獲得的信號進(jìn)行模式識別，驗證了所構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的可靠性。 本文的研究成果有助于提高對起重機聲發(fā)射源的全面認(rèn)識，為起重機聲發(fā)射檢測及結(jié)果評