基于模態(tài)分析的棒材裂紋檢測(cè)方法研究.pdf

1、棒材是產(chǎn)量最大、應(yīng)用范圍最廣的金屬材料之一，在不同的工作環(huán)境中，棒材容易產(chǎn)生裂紋、腐蝕、人為損傷等各種各樣的缺陷，而裂紋缺陷所占的比重和危害性都非常大。目前廣泛應(yīng)用的缺陷檢測(cè)方法多以矩形截面梁為研究模型，使用射線、渦流、超聲等靜態(tài)無(wú)損檢測(cè)方法，僅局限于缺陷已知和形狀簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。模態(tài)分析能得到動(dòng)態(tài)響應(yīng)，反映結(jié)構(gòu)局部和全局缺陷信息，可用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)。因此，基于模態(tài)分析的棒材裂紋動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)方法具有重要的工程應(yīng)用前景。
　　本文采

2、用計(jì)算模態(tài)分析和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的途徑，研究了檢測(cè)棒材橫向表面裂紋損傷程度和損傷位置的方法。計(jì)算模態(tài)分析采用大型通用有限元軟件Ansys對(duì)棒材進(jìn)行模擬檢測(cè)，包括損傷指標(biāo)的選取，損傷程度以及損傷位置的判定;試驗(yàn)驗(yàn)證則對(duì)棒材進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)，裂紋由預(yù)先加工的矩形缺口模擬。通過(guò)兩者的對(duì)比分析，證實(shí)了該方法的有效性。
　　在損傷程度的判斷方面，選擇對(duì)局部損傷敏感的曲率模態(tài)振型作為損傷程度指標(biāo)。損傷棒材的曲率模態(tài)振型在損傷附近會(huì)發(fā)生突變現(xiàn)象，而且

3、隨著損傷程度的增加，突變現(xiàn)象越明顯。通過(guò)計(jì)算模態(tài)分析，利用最小二乘擬合法得到了兩者之間的函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了損傷程度的定量分析。
　　在損傷位置的判斷方面，依據(jù)應(yīng)變模態(tài)差分曲線建立了具有明確位置坐標(biāo)的損傷位置直接指標(biāo)ISMSD的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)計(jì)算模態(tài)分析，結(jié)果表明實(shí)際損傷處的損傷位置直接指標(biāo)計(jì)算值遠(yuǎn)大于其他位置，且隨著損傷程度的增加，ISMSD的計(jì)算值越大。因此，ISMSD可以有效的判斷出棒材的損傷位置，為試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析和動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)的

4、研究提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。
　　對(duì)無(wú)損傷和損傷程度(h/D)為0.100，0.150，0.200和0.250的棒材實(shí)際檢測(cè)結(jié)果表明，試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析得到的固有頻率比計(jì)算模態(tài)分析得到的略低，由試驗(yàn)?zāi)B(tài)振型差分曲線計(jì)算的損傷位置直接指標(biāo)可以準(zhǔn)確的判斷實(shí)際損傷位置，驗(yàn)證了計(jì)算模態(tài)分析的正確性。
　　本文采用基于模態(tài)分析的方法，在計(jì)算模態(tài)和試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析研究的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了棒材裂紋的動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)棒材裂紋的損傷的定位和初步定量化