[發明專利]一種循環對稱結構中裂紋損傷的定量識別方法

在審

• 申請號: 202010960794.1
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112084693A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 王帥;畢傳興;鄭昌軍;梁夢輝
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06Q10/06;G01D21/02
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

1.一種循環對稱結構中裂紋損傷的定量識別方法，其特征是：

所述裂紋為循環對稱結構中自外圓周起指向中心的徑向裂紋；

將所述循環對稱結構劃分為多個扇區，所述扇區為循環對稱結構中的最小對稱單元；

由裂紋深度和裂紋位置表征裂紋損傷情形，所述裂紋深度是指裂紋在沿徑向上的長度；所述裂紋位置由扇區角進行表征；所述扇區角是指裂紋所處徑線與裂紋所在扇區的扇區右側邊界徑線之間的夾角；；

所述定量識別方法是按如下步驟進行：

步驟1、構建頻率分裂指標與裂紋深度d和扇區角θ間的函數關系S_i(d,θ)

采用有限元建模方法構建包含有設定系列的裂紋損傷情形的循環對稱結構的有限元分析模型；對于所述有限元分析模型進行特征值分析，獲得與每一種裂紋損傷情形一一對應的第一節徑到第四節徑的各節徑固有頻率對，每一節徑固有頻率對均有兩個固有頻率值；針對每一種裂紋損傷情形，計算獲得一一對應的各節徑頻率分裂指標，所述節徑頻率分裂指標為對應節徑固有頻率對中兩個固有頻率值的差值；利用計算獲得的各節徑頻率分裂指標，通過曲面擬合法得到各節徑頻率分裂指標與裂紋深度d和扇區角θ之間的函數關系S_i(d,θ)，以i表示第i節徑，i＝1,2,3,4；即：第1節徑函數關系S₁(d,θ)、第2節徑函數關系S₂(d,θ)、第3節徑函數關系S₃(d,θ)和第4節徑函數關系S₄(d,θ)；

步驟2、定性識別裂紋損傷

針對待測循環對稱結構，采用錘擊法選定任意測點進行測量，獲得第一節徑到第四節徑的各節徑固有頻率對測量值，以所述各節徑固有頻率對測量值中兩個固有頻率值的差值一一對應作為各節徑頻率分裂指標測量值F_i,i＝1,2,3,4，由式(1)計算獲得第一節徑到第四節徑各節徑的比值參數r_i：

式(1)中，f_i^L為第i節徑固有頻率對測量值中數值大的一個固有頻率值；

若各節徑的比值參數r_i均不大于0.1％，判定待測循環對稱結構中無裂紋損傷；

若有任一節徑的比值參數r_i大于0.1％，判定待測循環對稱結構中存在有裂紋損傷；

步驟3、定量識別裂紋損傷

針對存在裂紋損傷的待測循環對稱結構，按如下步驟識別裂紋的位置和深度：

步驟3.1：在待測循環對稱結構的每個扇區相同位置上各布置一個測點，通過對所有測點進行模態測試分別獲得第二節徑模態和第三節徑模態的模態振型，并獲得第二節徑和第三節徑的各節徑固有頻率對測試值；根據第二節徑和第三節徑模態振型中的節徑線獲得裂紋扇區角，是以第二節徑和第三節徑模態振型中節徑線的交匯點所在的扇區角作為裂紋扇區角θ₀，實現裂紋定位；

步驟3.2：將所述裂紋扇區角θ₀作為已知參數，根據步驟1中建立的第二節徑函數關系S₂(d,θ)和第三節徑函數關系S₃(d,θ)一一對應獲得第二節徑頻率分裂指標與裂紋深度的一維函數關系以及第三節徑頻率分裂指標與裂紋深度的一維函數關系

以步驟3.1中獲得的第二節徑固有頻率對測試值中兩個固有頻率值的差值作為第二節徑頻率分裂指標測試值；并以步驟3.1中獲得的第三節徑固有頻率對測試值中兩個固有頻率值的差值作為第三節徑頻率分裂指標測試值；

將所述第二節徑頻率分裂指標測試值作為已知參數，根據一維函數關系計算獲得裂紋深度d₂；并將所述第三節徑頻率分裂指標測試值作為已知參數，根據一維函數關系獲得裂紋深度d₃；取d₂與d₃的平均值作為裂紋深度d₀，實現裂紋深度的識別。