基于模態振型的圓截面梁裂紋識別等高線法

吳興意，劉文光*，戴文柯

（南昌航空大學 航空制造工程學院，南昌 330063）

梁是工程領域的基本構件之一。梁在設計制造、裝配維修和使用操作過程中，容易在表面形成凹坑、裂縫等缺陷。加之工作條件嚴苛和服役環境的惡劣作用，以及材料的老化和疲勞效應等諸多因素，極易導致梁構件發生缺陷或損傷。按照美國軍方提出的損傷容限設計理念，任何材料內部都有一定程度的缺陷或損傷，且最主要的損傷模式是裂紋[1]。裂紋的萌生和擴展不僅會削弱梁的承載能力，而且會改變梁的振動特性。尤其是當彈性梁引發共振運動時，梁上裂紋擴展十分迅速，嚴重時導致梁的斷裂破壞。為了提高彈性梁的安全可靠性，越來越多的研究者關注梁的裂紋識別技術。

近幾十年來，研究者提出了基于振動信號的裂紋識別方法，該方法的基本原理是將待識別構件看作是剛度、質量和阻尼組成的系統。當系統出現損傷時，系統的剛度就會發生改變，致使整個系統的振動特性發生改變。利用損傷前后系統模態頻率的變化規律，Cawley、Willian等[2-3]提出了基于模態頻率的損傷位置識別方法。在推導單邊裂紋懸臂梁固有頻率方程的基礎上，Liu等[4]利用實測固有頻率與計算固有頻率誤差的最小值，提出了一種確定裂紋深度和裂紋位置的方法。利用多項式模擬呼吸式裂紋梁的剛度變化規律，劉文光等[5]研究了呼吸式裂紋梁的振動特性，提出了一種基于固有頻率的呼吸式裂紋梁損傷識別等高線方法。……