[发明专利]基于跨点频响固有阻尼特征识别金属构件疲劳损伤的方法

说明书

本发明基于跨点频响阻尼特征识别金属结构件疲劳损伤的方法，属于结构件疲劳损伤定量检测识别技术领域；解决了复杂装备关重金属结构件的疲劳损伤快速定量识别与预测的问题；包括以下步骤：调研被测金属结构件运行工作状况和基本信息，确定疲劳损伤的关注位置；分析金属结构件的动态特性，确定跨点频响阻尼特征试验方案和测试参数；组建测试系统实施金属结构件疲劳过程中的跨点频响阻尼特征参数测试；根据金属结构件疲劳损伤微观组织与宏观特性的研究概略识别疲劳损伤状态；精准定量识别金属结构件疲劳损伤状态并分析计算试件剩余疲劳寿命；本发明能够在线实时监控关重金属结构件的运行质量和疲劳状况，充分保证复杂装备运行的可靠性和安全性。

技术领域

本发明提供了一种基于跨点频响固有阻尼特征识别金属构件疲劳损伤的方法，属于结构件疲劳损伤检测识别技术领域，具体为用跨点频响阻尼特征快速检测识别金属结构件疲劳损伤的方法。

背景技术

金属材料（构建）在周期荷载条件下，因金属内塑性变形使其强度降低，进而导致裂纹产生或突然断裂的现象称为疲劳破坏。据统计，工程中的零部件发生失效破坏80%以上都是由疲劳引起的。金属结构件从开始加载至断裂经历的循环周期称为疲劳寿命，疲劳寿命的预测与评估是研究金属疲劳性能的重要参数，而传统的疲劳分析方法各有其特点和局限性。

在工程实践中，常常需要尽早发现结构件初始裂纹的产生并记录裂纹扩展过程，根据被检构件材料及结构形式的差异，目前已发展出了多种无损检测方法。不同的无损检测方法由于其检测原理和特性的不同而有各自的优缺点，但对于高强度合金材料低周疲劳试样的在线无损检测，因其裂纹扩展寿命短、裂纹扩展速率快等特点，常规无损检测方法的可靠度和准确度都无法达到满意的效果。

随着振动测试技术的发展，人们发现可以从金属材料因疲劳损伤导致结构动态特性变化的角度出发，以频率、幅值和阻尼因子等动力学参数为指标，进而评估金属材料的疲劳性能，该方法具有快速性和实时性的特点，体现了较好的预测精度。

油田大量使用的采油机抽油杆，长期在野外无人值守条件下连续工作，在长期拉压往复运动中还要承受多种环境的横向载荷作用，需定期更换淘汰成千上万的废旧抽油杆。由于各采油机工作特性和环境载荷的差异，使成批抽油杆需要检定其疲劳损伤性能，以确定其剩余使用寿命。军用车辆上大量使用的扭杆式减振器，由于长期使用在恶劣越野路面上，扭力杆承受很高的扭转循环载荷，并伴有车辆越野时车体冲击振动诱发的扭力杆横向振动，扭力杆承受复杂的疲劳载荷作用，扭力杆被扭断的情况影响了装备效能的正常发挥，急需检定扭力杆的剩余疲劳寿命。大型起重设备是港口作业的主力，长期承受着复杂的循环载荷，容易因疲劳损伤造成断裂，酿成恶劣事故，急需检测承受大循环载荷构件的疲劳性能，防止出现疲劳断裂，预防安全事故发生。

长传动轴系是传递路径长的复杂结（机）构系统，工作负荷重，运动部件载荷变化频繁，是常用的承受交变载荷作用的典型金属结构件。影响长传动轴系运动部件动作过程的随机因素多，由于振动冲击、摩擦磨损、弹性元件动态变形、弯扭耦合多向受力等的影响，容易造成主要部件（轴承、联轴器和轴等）运行的稳定性和可靠性不高。长轴系微小不对中产生弯扭耦合转动、转速波动和冲击振动使构件疲劳损伤、产生裂纹故障，严重时导致轴系构件断裂、系统不能正常运行。所以基于多跨点频响特性、振动、声学等的在线检测与疲劳故障分析研究，对实现长传动轴系关重部件的疲劳损伤快速准确识别与预测，提高系统运行可靠性，以及对整个长传动轴系可靠性技术研究都有十分重要的意义。

本发明从常用承受交变载荷作用的金属结构件的宏观固有特性出发，通过研究宏观的跨点频响特性参数与金属结构件材料微观组织的联系，用装备构件实际运行过程中的疲劳试验测试数据，通过现场特征提取，快速定量识别金属结构件材料的疲劳性能，通过跨点频响固有阻尼特性参数变化的快速分析，提出一种快速实用的金属结构件疲劳寿命识别预测方法。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于跨点频响固有阻尼特征识别金属结构件疲劳损伤的方法的改进。