[發(fā)明專利]一種基于光纖光譜圖像分析的孔邊裂紋診斷方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611027714.7
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN106596255A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張衛(wèi)方;張萌;金博;李英武;任飛飛;劉曉鵬;梁小貝;魏巍;高曉巖
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/06
• 分類號: G01N3/06
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

1.一種基于光纖光譜圖像分析的孔邊裂紋診斷方法，其特征在于：其具體步驟如下：

步驟1：選擇試驗件，并對試樣件進行設(shè)計，在試樣件中心區(qū)域預制一預定直徑的中心孔并在孔邊一側(cè)預制一預定長度裂紋；

步驟2：對試樣件進行結(jié)構(gòu)力學分析，分析試樣件兩端的受力情況，并對試樣件進行有限元仿真分析確定該裂紋擴展到具體長度下的裂紋尖端區(qū)域的應(yīng)力分布情況；

在有限元分析前需確定外界加載條件及試樣件材料、彈性模量各相關(guān)參數(shù)，明確監(jiān)測的裂紋長度；根據(jù)已確定的試驗條件，對試樣件利用有限元仿真軟件即ANSYS軟件進行有限元仿真分析，得到裂紋擴展到不同長度時裂紋尖端附件區(qū)域的應(yīng)力值；

步驟3：在鋁合金薄板上布貼光纖光柵傳感器；根據(jù)鋁合金薄板孔邊區(qū)域裂紋擴展情況，在與裂紋擴展方向垂直方向上布貼光纖光柵傳感器，令裂紋擴展方向為x軸，與裂紋擴展方向垂直的方向為y軸，根據(jù)上述有限元仿真結(jié)果，確定相應(yīng)的光纖光柵FBG傳感器的位置坐標(x_i,y_i)，使布置的光纖光柵FBG傳感器可以明顯的感知裂紋尖端的應(yīng)力變化；

步驟4：根據(jù)有限元仿真結(jié)果反推光纖光柵FBG傳感器反射光譜圖像規(guī)律；

根據(jù)鋁合金薄板孔邊區(qū)域裂紋擴展到具體長度下的有限元仿真結(jié)果來反推不同位置的FBG傳感器的反射光譜圖像應(yīng)該呈現(xiàn)出怎樣的規(guī)律；

步驟5：將以上貼有光纖光柵FBG傳感器的鋁合金薄板安裝在疲勞試驗機上進行疲勞裂紋擴展試驗，在疲勞試驗機加載前，采集光纖光柵FBG傳感器的信號作為初始信號；隨著疲勞加載的進行，疲勞裂紋開始擴展，此時通過光學顯微鏡觀察裂紋擴展情況，實時記錄裂紋長度每增加1mm時的循環(huán)周次并在疲勞試驗機處于飽載的情況下利用美國微光SM125采集不同裂紋長度下的光譜圖像；

步驟6：完成試驗后，對光纖光柵FBG傳感器采集的信號進行處理；主要分析處理光纖傳感器采集到的信號數(shù)據(jù)，分析反射光譜中次峰峰位置在裂紋穿越FBG傳感器前中后的變化情況，并和步驟3中根據(jù)有限元仿真結(jié)果反推的反射光譜圖像進行對比驗證，建立基于光纖光柵反射譜次峰峰位置監(jiān)測鋁合金板孔邊裂紋擴展的方法；

步驟7：重復步驟1-5，并針對不同試樣下FBG傳感器采集到的響應(yīng)信號進行分析，驗證步驟6中建立的方法；

步驟8：實現(xiàn)裂紋的實時監(jiān)測；實際監(jiān)測過程中，根據(jù)不同位置FBG傳感器反射譜中次峰峰位置的不同，判別裂紋是否擴展到該傳感器位置，實現(xiàn)實時監(jiān)測裂紋擴展情況的功能；

通過以上步驟，實現(xiàn)并解決了一種基于橫向布貼光纖光柵光譜圖像分析的孔邊裂紋診斷的方法,達到了診斷孔邊裂紋長度的研究效果，解決了工程應(yīng)用中關(guān)于鋁合金板孔邊裂紋長度的定位問題。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光譜圖像分析的孔邊裂紋診斷方法，其特征在于：在步驟1中所述的“選擇試驗件，并對試樣件進行設(shè)計，在試樣件中心區(qū)域預制一定直徑的中心孔并在孔邊一側(cè)預制一定長度裂紋”，其作法如下：選擇航空常用板材2024-T3鋁合金薄板作為實驗材料，實驗設(shè)計為小板型，其規(guī)格為：300*100*2mm，為了較快的出現(xiàn)裂紋萌生與擴展的現(xiàn)象，我們在板中心設(shè)置一預定直徑大小的中心孔，并且采用線切割的方式在中心孔兩邊預制一預定長度的裂紋。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光譜圖像分析的孔邊裂紋診斷方法，其特征在于：在步驟2中所述的“對試樣件進行結(jié)構(gòu)力學分析，分析試樣件兩端的受力情況，并對試樣件進行有限元仿真分析確定該裂紋擴展到具體長度下的裂紋尖端區(qū)域的應(yīng)力分布情況”，其作法如下：首先對試樣件材質(zhì)的彈性模量、剛性模量、泊松比各材料性能參數(shù)進行確認；其次在實驗過程中，試樣件被加持在疲勞試驗機上，其中鋁合金薄板一端不受力，另一端受力認為是靜載荷下的類似于均勻受力的情況；除此之外，結(jié)構(gòu)件自身的自由度也受到了約束，因此在進行有限元仿真分析時也需要將上述因素考慮在內(nèi)；在有限元仿真前需要先對試樣件進行3D建模，接著在ANSYS軟件中對試樣件進行網(wǎng)格劃分，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，最終進行有限元分析。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光譜圖像分析的孔邊裂紋診斷方法，其特征在于：在步驟3中所述的“鋁合金薄板”，是選用2024-T3型薄板。