[發明專利]一種基于時間序列模型的軸類零件裂紋判別方法

有效

• 申請號: 201410541840.9
• 申請日: 2014-10-14
• 公開（公告）號: CN104251815A
• 公開（公告）日: 2014-12-31
• 發明（設計）人: 韓天;黃陳熙;尹忠俊
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明屬于結構損傷診斷領域，尤其涉及一種基于時間序列模型的軸類零件裂紋判別方法。

背景技術

軸類零件作為機械配件中常見且關鍵的零件，承擔著支承傳動零部件，傳遞扭矩和承受載荷的作用。

在機械設備運行的過程中，軸類零件失效是危害最大的，軸類零件一旦失效，輕則設備部分功能失效，重則導致設備停止運作，生產停頓，甚至是安全事故，造成巨大的經濟損失。軸類零件容易發生變形、磨損、斷裂失效等。其中又以斷裂失效在各種失效形式中后果最為嚴重，對于伴隨軸類零件斷裂過程一直存在的裂紋的判別的重要性就凸顯出來。

以往的結構裂紋判別中，常見的方法有運用模態分析結果的差異來判別區分帶裂紋結構與健康結構，但模態分析在運用中的結果差異實際上不夠明顯；也有基于振動測試數據對裂紋結構進行判別的方法，如申請公布號為CN101907607A的判別瓷支柱絕緣子缺陷的專利，但是該方法只能判別是否有裂紋存在，但無法判別裂紋具體位置和裂紋嚴重程度；也有對一些方法能實現對結構損傷的位置與大小的判別，如申請公布號CN102043017A的對建筑框架結構損傷檢測方法專利，申請公布號CN101923027A的對結構損傷檢測的專利，申請公布號為CN102043019A的對框架結構損傷識別的方法的專利，但這些方法都需要用到多個傳感器，處理多個響應數據，對現場測試的要求較高，不夠方便。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種軸類零件裂紋判別的方法，判別裂紋是否存在，裂紋位置和裂紋嚴重程度。該方法在現場測試中所需數據少，效率高，具有較高的精度。為軸類零件相關設備維護提供指導，避免設備使用壽命縮短和危害生產效益的情況的發生。

本發明的技術方案是：一種基于時間序列模型的軸類零件裂紋判別方法，該方法具體包括以下步驟：

(1)以裂紋產生處與軸類零件一端的距離，如0mm，100mm，200mm等表征裂紋位置；以裂紋深度，如0mm，10mm，20mm等表征裂紋嚴重程度。兩個指標組合在一起，用(λ,s)表征軸類零件的裂紋情況，λ表示裂紋位置，s表示裂紋嚴重程度，如(1000，20)表示在距離軸類零件法蘭盤端面1000mm處產生了20mm深的裂紋；(0,0)，(100,0)，(200,0)等均表示軸類零件無裂紋，

根據軸類零件具體尺寸選取多種裂紋工況以表達軸類零件裂紋情況；

(2)在無裂紋軸類零件有限元模型上依據前一步選取的裂紋工況進行仿真，提取軸上一點在激勵下的響應，不同裂紋軸的振動響應結果形成軸類零件的時間序列模型裂紋字典，仿真裂紋工況種類的多少由希望建立的裂紋字典詳細程度決定。同時選定若干種具有代表性裂紋，如無裂紋軸類零件；某一危險截面處出現10mm裂紋，20mm裂紋，50mm裂紋等。對相應軸類零件實物進行振動激勵，提取軸類零件振動特性，如模態頻率等，與有限元模型相應特性對比，對其進行修正，保證這一步得到的模型裂紋字典的準確性；

(3)對軸類零件進行現場振動測試，使用一個傳感器提取軸類零件上一個點的響應，這一點與步驟(2)中提取響應的是同一位置的同一點，結合步驟(2)中獲得的模型裂紋字典，對振動測試獲得的響應數據進行統計學處理，達到判別軸類零件裂紋是否存在，位置和嚴重程度的目的。

其中，在步驟(2)和步驟(3)中，激勵軸類零件，使其產生振動的方法為：軸類零件的一端的同一點上施加白噪聲載荷，白噪聲均值為0，方差為1。

而且，在步驟(2)和步驟(3)中，采集的軸類零件響應為加速度響應。

而且，在步驟(2)中，得到加速度響應數據，即一組時間序列后，處理方法為：

按以下公式進行數據標準化，

T=t-μσ]]>

其中，t表示未經標準化處理的時間序列，T表示經過標準化處理的時間序列，μ為未經處理的時間序列的均值，σ為未經處理的時間序列的標準差，經過數據標準化后，原始數據均轉換為無量綱化的數值；

步驟2中，建立的軸類零件時間序列模型為ARMA(p,q)模型，參數p和q表示ARMA模型內兩種不同參數的個數；