[發明專利]基于自適應優化VMD的起重機主梁損傷聲發射無損檢測方法

有效

• 申請號: 201911069429.5
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110849968B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 李楊;許飛云;胡建中;賈民平;黃鵬;彭英
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/14;G06F17/14
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

一種基于自適應優化VMD的起重機主梁損傷聲發射無損檢測方法，步驟如下：(1)在起重機主梁安裝相應的傳感器建立結構損傷聲發射監測系統，獲得損傷過程的聲發射信號。(2)對采集到的聲發射信號進行自適應優化VMD處理，實現原始信號的自適應濾波和降噪處理。(3)依據聲發射重構波形的頻域特性，確定損傷過程中聲發射事件的重心頻率分布。(4)通過分析聲發射信號的重心頻率分布范圍，建立損傷重心頻率評價指標，判斷起重機主梁的不同損傷階段。本發明簡單易行，該方法可對起重機主梁的內部損傷進行實時動態的損傷監測與識別。

技術領域

本發明涉及工業生產中的損傷識別技術領域，特別是涉及基于自適應優化VMD的起重機主梁損傷聲發射無損檢測方法。

背景技術

起重機作為特種設備八大類之一，近幾年廣泛應用于機械、冶金、建筑等行業。目前，隨著國內相關行業的快速發展，起重機作為其行業中不可或缺的關鍵設備，正朝著大型化、高速化、功能多元化方向發展。起重機運行速度、起重噸位和起升高度的大幅度增加，有效地提高了企業生產效率，但相應地起重機的滿載工作幾率加大，工作繁忙程度加重，一些起重機大部分時間都在高應力水平下運行，甚至超出其許用應力水平，使得起重機的機械承載結構故障相應增加，嚴重影響了生產安全，甚至威脅作業人員的生命安危，并造成重大的經濟損失和人身傷亡，社會影響惡劣。由此可見，起重機的安全使用問題是特種設備監管與檢測迫切需要解決的問題。

起重機主梁結構龐大、復雜，大量研究表明起重機主梁結構損傷、主梁聯接之間的焊縫缺陷、主梁的塑性變形和斷裂是起重機發生安全事故的主要原因。因此，在起重機行業開展無損檢測，是保證其安全工作的重要手段。同時在交變載荷的作用下，材料或構件會產生擠壓變形，從而導致微裂紋的形成，并且在裂紋尖端引起應力集中，進一步促使在較低的應力條件下發生裂紋拓展，隨著裂紋的拓展最終將產生斷裂和失效。在實際應用中，機構的疲勞斷裂產生呈無規則性，由此會給故障檢測的實施帶來許多不便。因此，如何定性和定量地檢測出材料的疲勞裂紋，并及時準確地對材料的疲勞損傷程度進行評估和預警預報，防止疲勞失效事故的發生，是目前從事材料檢測工作的核心問題。

為了解決起重機金屬結構整體快速檢測與評價的技術難題，國內外將聲發射技術應用于起重機主梁的缺陷定位和結構完整性評價。目前，聲發射技術在起重機主梁結構缺陷檢測和結構完整性評價方面的研究尚不成熟，并且聲發射信號處理以及聲發射源定位問題始終是起重機主梁聲發射檢測的重點和難點。因而，動態獲取起重機主梁應力應變狀態是監測起重機結構損傷狀態、預防失效的關鍵所在。

發明內容

為了解決上述存在的問題，本發明提供基于自適應優化VMD的起重機主梁損傷聲發射無損檢測方法，，旨在實現起重機主梁結構的從特征提取到損傷識別階段的全程動態檢測，該方法可為起重機主梁的損傷監測提供一種可解決的有效方案，為達此目的，本發明提供基于自適應優化VMD的起重機主梁損傷聲發射無損檢測方法，具體步驟如下：

步驟1、在起重機主梁安裝相應的傳感器建立結構損傷聲發射監測系統，獲得損傷過程的聲發射信號；

步驟2、對采集到的聲發射信號進行自適應優化VMD處理，實現原始信號的自適應濾波和降噪處理；

步驟3、依據聲發射重構波形的頻域特性，確定損傷過程中聲發射事件的重心頻率分布；

步驟4、通過分析聲發射信號的重心頻率分布范圍，建立損傷重心頻率評價指標，判斷起重機主梁的不同損傷階段。

作為本發明進一步改進，步驟2的具體步驟為：

步驟2.1，通過信號的頻域特征劃分頻帶，實現信號的自適應分解，其固有模態函數表達式為

式中：分別為信號λ(t),x(t)的傅里葉變換；

步驟2.2，當滿足以下約束條件時，信號的VMD過程結束，即