基于等效载荷方法的梁裂纹检测与分析

摘要

梁被广泛应用于大型机械设备和桥梁建筑等重要的生产生活设施当中，研究其不同故障机理，以保障生产生活安全和可靠运行，进而保障国民经济的稳定健康发展和人民财产安全，具有重要意义。因此，能准确快速的识别裂纹的种类、位置和深度，做到及早发现与处理，是十分有必要的。
　　在针对于基于等效载荷方法中模态修改问题所涉及的自由度匹配问题，文中提出了按不同自由度将特征矩阵统一进行分块组合，并舍弃对结果影响较小的自由度所对应的块，解决了理论与实验的对应问题;在模态修改方法方面，采用灵敏度方法与优化方法相结合，通过灵敏度值确定修改目标，解决了效率低的问题，同时，采用迭代寻优方法以保证结果的可靠性。
　　提出了张开裂纹梁的故障仿真方法和故障诊断方法。运用基于等效载荷的故障诊断方法，根据监测的动力学响应，计算出实际的等效载荷（剩余位移），然后在故障空间中搜寻对应的最佳理论等效载荷（剩余位移），最终实现准确快速地诊断出设备的故障。通过理论和实验的双重验证，成功的确定了裂纹位置与深度，证明了该方法的准确性和可靠性。
　　针对于呼吸裂纹的仿真方面，充分考虑了呼吸效应的非线性，采用的余弦开关函数来计算出带有时间序列的特征矩阵求解等效载荷以完成故障诊断，合理的简化了非线性问题复杂性。同时，在理论与实验两方面，识别了裂纹的位置与深度，验证基于等效载荷方法在呼吸裂纹故障中的实用性。
　　通过在实验和理论仿真两方面进行分析，验证了基于等效载荷的故障诊断方法的有效性，不但能精确的识别出裂纹所在的位置，而且也能基本识别出裂纹的深度，充分证实了该方法的有效性、准确性和稳定性，也揭示了其在相关领域的进一步潜在应用可能。

目录

论文说明

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 结构损伤诊断研究现状与发展

1．2．1 结构损伤诊断的概述

1．2．2 模态修改方法研究现状

1．2．3 基于等效载荷的故障诊断方法及其研究现状

1．3 主要内容与章节安排

第2章 模态识别与修正

2．1 引言

2．2 模态分析理论

2．2．1 多自由度线性系统动力学分析

2．2．2 模态实验分析一般过程

2．2．3 模态识别方法

2．3 模态修改理论

2．3．1 模型相关性准则

2．3．2 自由度匹配

2．4 模态修改算法

2．4．1 交叉模型交叉模态法

2．4．2 基于灵敏度分析与优化算法的模态修改方法

2．4．3 实验分析

2．5 本章小结

第3章 基于等效载荷的故障诊断方法的开裂纹梁分析

3．1 基于等效载荷的故障诊断方法

3．1．1 基本原理

3．1．2 故障判别优化算法

3．2 裂纹的等效载荷

3．2．1 开裂纹的刚度

3．3 基于梁模型的开裂纹仿真分析

3．4 基于梁模型的开裂纹实验分析

3．5 本章小结

第4章 基于等效载荷的故障诊断方法的呼吸裂纹梁分析

4．1 呼吸裂纹的刚度

4．2 基于梁模型的呼吸裂纹仿真分析

4．3 基于梁模型的呼吸裂纹实验分析

4．3．1 梁的模态修改

4．3．2 呼吸裂纹梁的实验分析

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

致谢