專利名稱：一種發(fā)動機機體疲勞裂紋診斷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機機體疲勞檢測領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)動機機體疲勞裂紋診斷的 方法。
背景技術(shù)：
發(fā)動機機體是發(fā)動機主要承載零部件的支撐結(jié)構(gòu)，對整機工作可靠性至關(guān)重要。 目前開展機體結(jié)構(gòu)可靠性研究的主要手段包括仿真計算和疲勞試驗兩方面。機體疲勞試驗主要是考核機體主軸承蓋、機體隔板及主軸承螺栓的疲勞可靠性， 如圖1所示，高壓潤滑油由液壓泵站注入到試驗裝置的高壓油腔內(nèi)，載荷由高壓油、活塞、 連桿及軸傳遞至機體主軸承座處。改變不同的油壓可以實現(xiàn)模擬不同的載荷，一個載荷循 環(huán)過程為一次潤滑油的加壓過程，反復(fù)施加載荷直至機體出現(xiàn)疲勞裂紋，并記錄相應(yīng)載荷 循環(huán)次數(shù)。發(fā)動機機體疲勞試驗中不允許將機體從試驗臺架上拆除以進行裂紋的檢查，當(dāng)機 體出現(xiàn)明顯疲勞裂紋后即結(jié)束此次試驗，因此需要在試驗中監(jiān)測裂紋的出現(xiàn)用以判斷試驗 的終止。試驗中通過肉眼觀察裂紋的出現(xiàn)會導(dǎo)致裂紋不能及時被發(fā)現(xiàn)，不能及時將試驗系 統(tǒng)停止，造成一定的破壞或事故發(fā)生。本發(fā)明提出了一種針對機體疲勞試驗過程中裂紋的診斷方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對發(fā)動機機體疲勞試驗，機體主軸承座部位的動 態(tài)應(yīng)變信號作為試驗系統(tǒng)的輸出，通過應(yīng)變信號反映整個試驗系統(tǒng)的運行特性，提出一種 以應(yīng)變信號時序分析進行裂紋診斷的方法。為解決該技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種發(fā)動機機體疲勞裂紋診斷的方法，包括以下步驟(1)應(yīng)變信號的監(jiān)測將應(yīng)變片粘貼于待測發(fā)動機的機體底部主軸承座處，對疲勞試驗中的應(yīng)變信號進 行實時監(jiān)測并記錄，記錄的應(yīng)變信號經(jīng)下位機傳遞至上位機；(2)應(yīng)變信號的預(yù)處理內(nèi)置于上位機中的應(yīng)變信號預(yù)處理模塊對應(yīng)變信號進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，應(yīng)用多項式 最小二乘法以消除趨勢項，將原始信號變?yōu)槠椒€(wěn)信號；(3)時間序列數(shù)據(jù)建模由時間序列數(shù)據(jù)建模模塊對應(yīng)變信號進行AR(η)建模，以每秒鐘采集的數(shù)據(jù)為建 模單元，即每500個數(shù)據(jù)為一組進行AR(η)模型建立；(4)特征量提取由于模式向量各參數(shù)的重要性不同，同時其也不一定相互獨立，因此，需特征量提 取模塊對步驟C3)所建立的時序模型進行參數(shù)估計，通過計算選擇指定參數(shù)來確定低維向量且對裂紋具有敏感特性的向量作為裂紋診斷的特征量。(5)殘差方差處理通過步驟(4)選擇的特征向量中，AR模型的殘差方差作為裂紋診斷的特征量，因 此殘差方差處理模塊對AR(η)模型進行模型殘差方差運算，獲得殘差方差數(shù)據(jù)，同時計算 不同時刻殘差方差隨時間變化的趨勢項；當(dāng)裂紋出現(xiàn)時，殘差方差隨時間變化的規(guī)律出現(xiàn) 明顯的突變。本發(fā)明中，步驟( 之后，還包括步驟(6)提示報警信息殘差方差發(fā)生突變時，殘差方差處理模塊向上位機的處理器發(fā)送信號，并由后者 向顯示裝置發(fā)送作為故障診斷的特征向量信息。本發(fā)明的步驟(1)中，實現(xiàn)應(yīng)變監(jiān)測的采集橋路為四分之一應(yīng)變電橋，應(yīng)變片的 電阻值為120或者350歐姆，采集硬件為NI 1520應(yīng)變卡，采樣頻率為500Hz。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明可以實時監(jiān)測機體疲勞裂紋的出現(xiàn)及擴展，特別是適用于機體材料為灰鑄 鐵的疲勞試驗中。


圖1發(fā)動機機體疲勞試驗系統(tǒng)示意圖；圖2原始應(yīng)變信號；圖3消除趨勢項的應(yīng)變信號；圖4殘差方差曲線。圖1中的附圖標(biāo)記為1-軸、2-連桿、3活塞、4液壓油、5機體、6應(yīng)變片。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細表述。本發(fā)明中，所述的應(yīng)變信號預(yù)處理模塊、時間序列數(shù)據(jù)建模模塊、特征量提取模 塊、殘差方差處理模塊均為內(nèi)置于上位機的軟件實現(xiàn)的功能性模塊；本領(lǐng)域技術(shù)人員在了 解本發(fā)明的全部內(nèi)容的基礎(chǔ)上，根據(jù)其自身理解，可利用各種軟件編程手段予以實現(xiàn)。本發(fā) 明所述上位機是PC機，所述下位機是NI PXI1033。本發(fā)明的實現(xiàn)步驟描述如下1、試驗方案如圖1所示的監(jiān)測試驗方案，將應(yīng)變片粘貼于發(fā)動機機體底部主軸 承座處，應(yīng)變作為整個試驗系統(tǒng)的輸出響應(yīng)，當(dāng)系統(tǒng)的運行特性發(fā)上變化時，應(yīng)變信號將有 所反應(yīng)，因此通過監(jiān)測應(yīng)變信號來了解系統(tǒng)的運行特性。該監(jiān)測試驗系統(tǒng)本領(lǐng)域技術(shù)人員 可采用現(xiàn)有監(jiān)測試驗系統(tǒng)，也可根據(jù)實際需要進行裝配或改良。2、應(yīng)變信號的采集疲勞試驗中對應(yīng)變信號進行實時記錄，應(yīng)變的采集橋路為四 分之一應(yīng)變電橋，應(yīng)變片的電阻值為120或者350歐姆，采集硬件為OT 1520應(yīng)變卡，采樣 頻率為500Hz。采集的原始應(yīng)變信號如圖2所示。3、應(yīng)變信號的預(yù)處理由于發(fā)動機機體疲勞試驗的加載方式為脈動載荷，同時由 于應(yīng)變信號的零點漂移特性導(dǎo)致采集的應(yīng)變信號具有一定的趨勢性，因此需要由應(yīng)變信號預(yù)處理模塊對記錄的應(yīng)變信號進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，其目的是將原始信號變?yōu)槠椒€(wěn)信號。應(yīng)用 多項式最小二乘法消除趨勢項。設(shè)趨勢項多項式函數(shù)之= 。+ # +…+ flmf，(k= 1， 2，…，n)，消除趨勢項的計算公式為Λ = (λ=1，2，···,《)，&為原始應(yīng)變時間序列，;^ 應(yīng)變趨勢項序列，Yk為消除趨勢項的應(yīng)變時間序列，當(dāng)m = 0，消除常數(shù)趨勢項，m = 1消除 線性趨勢項，m ^ 2消除曲線趨勢項，文中采用m = 3消除曲線趨勢項。消除趨勢項后的應(yīng) 變信號如圖3所示。 4、時間序列數(shù)據(jù)建模預(yù)處理后的應(yīng)變信號時間序列為{xt}，由時間序列數(shù)據(jù)建 模模塊對應(yīng)變信號lxt}進行AR(η)建模，其建立的模型公式為ΧΦ = A,
Xn+\ .，1
式中J =Xn+2Xn+\ ‘‘，Φ =-Ψχ，A =_XNV · ·ΧΝ-η-ΨηαΝ對上述公式采用遞歸的Burg算法對仍值進行估計。N為建模數(shù)據(jù)的個數(shù)，η為所 建立AR模型的階數(shù)。以每秒鐘采集的數(shù)據(jù)為建模單元，即每500個數(shù)據(jù)為一組進行AR模
型建立。5、特征量提取由于模式向量各參數(shù)的重要性不同，同時其也不一定相互獨立，因 此，需特征量提取模塊通過恰當(dāng)?shù)淖儞Q，選擇比較少的參數(shù)來確定低維向量且對裂紋具有 敏感特性的向量作為裂紋診斷的特征向量。6、殘差方差計算殘差方差處理模塊對AR(n)模型，得出仍，進一步根據(jù)公式
< =E[af]=丄-Ψ^,-χ——隊x,得出模型殘差方差2，并將2作為故障診斷的特
征量，試驗中殘差方差隨時間變化的規(guī)律如圖4所示，且當(dāng)裂紋出現(xiàn)時殘差方差發(fā)生明顯 突變。7、提示報警信息殘差方差發(fā)生突變時，殘差方差處理模塊向上位機的處理器發(fā) 送信號，并由后者向顯示裝置(PC機的顯示器)發(fā)送作為故障診斷的特征向量信息。以上公布的僅是本發(fā)明的具體實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的 內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認為是本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機機體疲勞裂紋診斷的方法，包括以下步驟(1)應(yīng)變信號的檢測將應(yīng)變片粘貼于待測發(fā)動機的機體底部主軸承座處，對疲勞試驗中的應(yīng)變信號進行實 時檢測并記錄，記錄的應(yīng)變信號經(jīng)下位機傳遞至上位機；(2)應(yīng)變信號的預(yù)處理內(nèi)置于上位機中的應(yīng)變信號預(yù)處理模塊對應(yīng)變信號進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，應(yīng)用多項式最小 二乘法以消除趨勢項，將原始信號變?yōu)槠椒€(wěn)信號；(3)時間序列數(shù)據(jù)建模由時間序列數(shù)據(jù)建模模塊對應(yīng)變信號進行AR(η)建模，以每秒鐘采集的數(shù)據(jù)為建模單 元，即每500個數(shù)據(jù)為一組進行AR模型建立；(4)特征量提取由特征量提取模塊對步驟C3)所建立的時序模型進行參數(shù)估計，通過計算選擇指定參 數(shù)來確定低維向量且對裂紋具有敏感特性的向量作為裂紋診斷的特征量；(5)殘差方差處理殘差方差處理模塊對AR(η)模型進行模型殘差方差運算，獲得殘差方差數(shù)據(jù)；同時計 算不同時刻殘差方差隨時間變化的趨勢項；當(dāng)裂紋出現(xiàn)時，殘差方差隨時間變化的規(guī)律出 現(xiàn)明顯的突變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機機體疲勞裂紋診斷的方法，其特征在于，步驟(5)之 后，還包括步驟(6)提示報警信息殘差方差發(fā)生突變時，殘差方差處理模塊向上位機的處理器發(fā)送信號，并由后者向顯 示裝置發(fā)送作為故障診斷的特征向量信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機機體疲勞裂紋診斷的方法，其特征在于，步驟(1)中， 實現(xiàn)應(yīng)變檢測的采集橋路為四分之一應(yīng)變電橋，應(yīng)變片的電阻值為120或者350歐姆，采集 硬件為NI1520應(yīng)變卡，采樣頻率為500Hz。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)動機機體疲勞檢測領(lǐng)域，旨在提供一種發(fā)動機機體疲勞裂紋診斷的方法。該方法包括應(yīng)變信號的監(jiān)測、應(yīng)變信號的預(yù)處理、時間序列數(shù)據(jù)建模、特征量提取和殘差方差處理。本發(fā)明可以實時監(jiān)測機體疲勞裂紋的出現(xiàn)及擴展，特別是適用于機體材料為灰鑄鐵的疲勞試驗中。
文檔編號G01N27/04GK102072926SQ20101057325
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者俞小莉, 劉宏瑞, 劉震濤, 張鵬偉, 李 杰 申請人:浙江大學(xué)