本文關(guān)鍵詞：基于固有頻率的懸臂梁裂紋參數(shù)識(shí)別方法研究

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【摘要】：懸臂梁是一種廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械工程、土木建筑以及能源化工等領(lǐng)域的基本構(gòu)件。服役過(guò)程中,梁構(gòu)件因不可避免地要承受振動(dòng)載荷的作用,使得結(jié)構(gòu)很容易產(chǎn)生裂紋損傷,甚至引發(fā)疲勞斷裂事故。因此,研究懸臂梁的裂紋損傷識(shí)別技術(shù),對(duì)于提高工程裝備的安全可靠性具有非常重要的意義。本文以含裂紋懸臂梁為對(duì)象,透過(guò)裂紋參數(shù)對(duì)懸臂梁固有頻率的影響機(jī)制,結(jié)合等高線法提出一種基于固有頻率的裂紋識(shí)別技術(shù)。論文完成的主要工作包括:首先,研究裂紋參數(shù)對(duì)懸臂梁固有頻率的影響機(jī)制。分析時(shí),將含裂紋懸臂梁簡(jiǎn)化為由非線性扭轉(zhuǎn)彈簧聯(lián)接的兩段連續(xù)介質(zhì)梁,結(jié)合斷裂力學(xué)和能量原理推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)裂紋局部柔度計(jì)算公式;考慮振動(dòng)過(guò)程中裂紋的呼吸效應(yīng),假定含裂紋懸臂梁的剛度是振幅的非線性函數(shù),建立了呼吸式裂紋梁的一元二次多項(xiàng)式剛度模型;耦合剛度模型和彈性梁動(dòng)力學(xué)方程,推導(dǎo)出含呼吸式裂紋懸臂梁的固有頻率方程。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)數(shù)值算例探討了裂紋位置、裂紋深度以及振幅等參數(shù)變化對(duì)懸臂梁固有頻率的影響規(guī)律。研究結(jié)果為懸臂梁裂紋參數(shù)的損傷識(shí)別提供了理論模型。接著,結(jié)合等高線法和懸臂梁的固有頻率方程,提出一種含裂紋梁的等高線裂紋參數(shù)識(shí)別方法。該方法先基于固有頻率方程構(gòu)造含裂紋懸臂梁的前三階固有頻率響應(yīng)曲面,并以懸臂梁的前三階固有頻率值構(gòu)造平面,同時(shí)與固有頻率響應(yīng)曲面相交獲得頻率等高線,等高線投影線交點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)裂紋的相對(duì)位置和相對(duì)深度。為驗(yàn)證方法的有效性,以解析固有頻率值與實(shí)驗(yàn)固有頻率值作為已知輸入進(jìn)行裂紋識(shí)別算例驗(yàn)證。結(jié)果表明,利用等高線法識(shí)別裂紋參數(shù)具有一定的實(shí)用價(jià)值,但是識(shí)別的精度取決于實(shí)測(cè)固有頻率的精度。最后,考慮固有頻率對(duì)裂紋參數(shù)的不敏感性,提出一種基于諧響應(yīng)曲線的懸臂梁裂紋參數(shù)識(shí)別新方法。研究過(guò)程中,基于Abaqus平臺(tái),分別建立含不同位置、不同深度以及不同數(shù)量裂紋的懸臂梁有限元模型,在無(wú)裂紋懸臂梁模態(tài)分析的基礎(chǔ)上確定外部加載幅度和頻率范圍,然后通過(guò)諧響應(yīng)分析得到對(duì)應(yīng)不同裂紋工況的懸臂梁振幅頻響曲線。計(jì)算結(jié)果表明,裂紋參數(shù)的改變會(huì)導(dǎo)致頻響曲線峰值位置和幅值的變化,因此利用諧響應(yīng)曲線圖對(duì)懸臂梁的裂紋參數(shù)進(jìn)行定性識(shí)別具有一定的可行性。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH113.1

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