基于模態(tài)分析的棒材裂紋檢測方法研究.pdf

1、棒材是產(chǎn)量最大、應用范圍最廣的金屬材料之一，在不同的工作環(huán)境中，棒材容易產(chǎn)生裂紋、腐蝕、人為損傷等各種各樣的缺陷，而裂紋缺陷所占的比重和危害性都非常大。目前廣泛應用的缺陷檢測方法多以矩形截面梁為研究模型，使用射線、渦流、超聲等靜態(tài)無損檢測方法，僅局限于缺陷已知和形狀簡單的結(jié)構(gòu)。模態(tài)分析能得到動態(tài)響應，反映結(jié)構(gòu)局部和全局缺陷信息，可用于復雜結(jié)構(gòu)缺陷檢測。因此，基于模態(tài)分析的棒材裂紋動態(tài)無損檢測方法具有重要的工程應用前景。
　　本文采

2、用計算模態(tài)分析和試驗驗證相結(jié)合的途徑，研究了檢測棒材橫向表面裂紋損傷程度和損傷位置的方法。計算模態(tài)分析采用大型通用有限元軟件Ansys對棒材進行模擬檢測，包括損傷指標的選取，損傷程度以及損傷位置的判定;試驗驗證則對棒材進行實際檢測，裂紋由預先加工的矩形缺口模擬。通過兩者的對比分析，證實了該方法的有效性。
　　在損傷程度的判斷方面，選擇對局部損傷敏感的曲率模態(tài)振型作為損傷程度指標。損傷棒材的曲率模態(tài)振型在損傷附近會發(fā)生突變現(xiàn)象，而且

3、隨著損傷程度的增加，突變現(xiàn)象越明顯。通過計算模態(tài)分析，利用最小二乘擬合法得到了兩者之間的函數(shù)關(guān)系，實現(xiàn)了損傷程度的定量分析。
　　在損傷位置的判斷方面，依據(jù)應變模態(tài)差分曲線建立了具有明確位置坐標的損傷位置直接指標ISMSD的數(shù)學模型。通過計算模態(tài)分析，結(jié)果表明實際損傷處的損傷位置直接指標計算值遠大于其他位置，且隨著損傷程度的增加，ISMSD的計算值越大。因此，ISMSD可以有效的判斷出棒材的損傷位置，為試驗模態(tài)分析和動態(tài)無損檢測的

4、研究提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。
　　對無損傷和損傷程度(h/D)為0.100，0.150，0.200和0.250的棒材實際檢測結(jié)果表明，試驗模態(tài)分析得到的固有頻率比計算模態(tài)分析得到的略低，由試驗模態(tài)振型差分曲線計算的損傷位置直接指標可以準確的判斷實際損傷位置，驗證了計算模態(tài)分析的正確性。
　　本文采用基于模態(tài)分析的方法，在計算模態(tài)和試驗模態(tài)分析研究的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了棒材裂紋的動態(tài)無損檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)棒材裂紋的損傷的定位和初步定量化