[發明專利]一種飛機關鍵結構件疲勞裂紋擴展在線監測裝置

在審

• 申請號: 202110322829.3
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113109188A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 尚德廣;夏禹;尹翔;薛龍;周雪鵬;侯庚;王松光
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種飛機關鍵結構件疲勞裂紋擴展在線監測裝置，其特征在于：用于監測裝置測試的結構為起落架梁模擬件，模擬件的材料為7B04鋁合金且表層涂有防銹漆，其無凸臺面的兩側缺口附近經過了砂紙打磨和丙酮的擦拭處理；應變采集單元使用的是應變片，其沿軸向安置于起落架梁模擬件無凸臺面，位于距離應力集中點位置35mm的裂紋擴展延長線上，在試驗進行過程中，應變片實時輸出0～5V電壓信號；

模數轉換模塊采用的是24位∑-△型模數轉換器，根據前一量值與后一量值的差值大小來進行量化編碼；轉換器由∑–△調制器和數字抽取濾波器這兩部分組成；首先∑–△調制器以極高的頻率對輸入的電壓信號進行抽樣，通過對相鄰兩個樣本之間的差值進行低位量化處理得到低位數碼表示的∑–△碼，然后將處理過的∑–△碼輸入到數字抽取濾波器中，經過抽取濾波后從而得到高分辨率的線性脈沖編碼調制的數字信號，實現應變電壓信號向數字信號的轉換過程；

數據處理主控器是疲勞裂紋擴展在線監測裝置的核心模塊之一，主控器控制整個數據采集系統的工作，通過總線連接不同位置的多個傳感器進行數據的采集和控制，并且實時接收模數轉換模塊的應變數字信號并向智能終端發送；數據處理主控器采用高性能32位航空級嵌入式微處理器，具備上電自啟動、掉電記憶、多通道并發處理等功能；

在線監測裝置采用通用的工業以太網，遵循TCP/IP協議，實現數據采集系統與智能終端通訊；

智能終端對輸入數據進行濾波處理并根據裂紋擴展監測方法實現結構的裂紋在線監測；在進行模擬件監測測試試驗之前，需要通過有限元方法求解監測點向裂紋尖端的理論應力集中函數K_t(a)和切口根部半徑ρ作為裂紋擴展計算參量；

在監測測試試驗開始后，智能終端的載荷處理模塊將對傳輸進來的數字信號進行閾值法濾波，過濾掉大部分的噪聲信號和對結構疲勞裂紋擴展幾乎沒有影響的小載荷；然后，運用均方根模型將濾波后的隨機變幅載荷等效為恒幅載荷并考慮平均應力的影響；

σ_max,i——隨機載荷譜中的峰值應力

σ_min,i——隨機載荷譜中的谷值應力

σ_rms,max——等效恒幅載荷最大應力

σ_rms,min——等效恒幅載荷最小應力

R_rms——等效恒幅載荷應力比

σ_rms——等效應力

最后，將各個疲勞裂紋擴展損傷參量傳輸到智能終端的裂紋擴展長度監測模塊進行損傷評估；等效后的恒幅載荷中第i個循環的應力強度因子為：

由此，每個循環所造成的裂紋擴展增量可通過材料的da/dN-K曲線求得：

Δa_i＝C(ΔK_i)^m

Δa_i——第i個循環的裂紋擴展增量

C,m——裂紋擴展材料常數

將每個循環所造成的裂紋擴展增量累積起來得到總裂紋擴展長度為：

a_i＝a_i-1+Δa_i

裂紋長度小于預定值時繼續進行監測測試，當裂紋長度超過預定值時，智能終端發出警告提醒用戶被監測結構有斷裂的風險。

2.根據權利要求1所述的一種飛機關鍵結構件疲勞裂紋擴展在線監測裝置，其特征在于：用于監測裝置測試的結構為起落架梁模擬件，模擬件的材料為7B04鋁合金且表層涂有防銹漆，其無凸臺面的兩側缺口附近經過了砂紙打磨和丙酮的擦拭處理；應變采集單元使用的是應變片，其沿軸向安置于起落架梁模擬件無凸臺面，位于距離應力集中點位置35mm的裂紋擴展延長線上，在試驗進行過程中，應變片實時輸出0～5V電壓信號。