一種轉(zhuǎn)子裂紋快速檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種轉(zhuǎn)子裂紋快速檢測方法，通過轉(zhuǎn)子模態(tài)曲率與波形維數(shù)形成了類新的曲率維數(shù)轉(zhuǎn)子損傷指標(biāo)判據(jù)，首先通過對轉(zhuǎn)子進(jìn)行模態(tài)測試得到轉(zhuǎn)子模態(tài)振型，再對模態(tài)振型進(jìn)行數(shù)值差分得到轉(zhuǎn)子的曲率振型，利用波形維數(shù)方法計(jì)算曲率振型波形維數(shù)值，形成曲率維數(shù)指標(biāo)；利用該指標(biāo)對轉(zhuǎn)子損傷特征進(jìn)行分析，得到了不同位置和不同深度裂紋影響下的曲率維數(shù)裂紋指示信號；若指示信號在轉(zhuǎn)子某處出現(xiàn)局部峰值，則認(rèn)為該處出現(xiàn)裂紋。該方法僅需對轉(zhuǎn)子現(xiàn)時模態(tài)進(jìn)行測試即可對其進(jìn)行損傷有無、損傷位置的判定，不需要與轉(zhuǎn)子前期數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，結(jié)果快速可靠，簡單易行，適用轉(zhuǎn)子的快速實(shí)時健康監(jiān)測。
【專利說明】ー種轉(zhuǎn)子裂紋快速檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及エ件裂紋檢測技術(shù)，具體涉及ー種轉(zhuǎn)子裂紋快速檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)均在不同程度上難以滿足工程結(jié)構(gòu)損傷檢測中在線、在位及所損傷檢測通用性的要求，如磁粉探傷方法只能適用于鐵磁性材料的表面損傷檢測，熒光探傷方法僅能適用于結(jié)構(gòu)件表面裂紋檢測，且需在特殊光照環(huán)境中進(jìn)行辨識，X射線檢測設(shè)備昂貴，電磁輻射危害健康，而超聲檢測對工作表面要求嚴(yán)格，對缺陷掲示缺乏直觀性，不適于表面缺陷的檢測，因此以上方法均不易實(shí)現(xiàn)任意材料表面、內(nèi)部損傷的在線在位損傷監(jiān)測。而另一方面，在結(jié)構(gòu)運(yùn)行過程中大量存在著振動信號，諸如位移、速度、加速度、動態(tài)應(yīng)カ應(yīng)變等，對于這些信號的測試與分析往往不會影響到結(jié)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)或エ位，因此利用振動信號進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力學(xué)無損檢測具有一定意義。
[0003]目前，國內(nèi)外對一般結(jié)構(gòu)的動力學(xué)無損 檢測技術(shù)研究主要集中在建立數(shù)學(xué)模型、動力學(xué)分析等方面，其實(shí)現(xiàn)方法主要為使用現(xiàn)時結(jié)構(gòu)振型與前期健康振型做差得到振型變化，繼而通過振型變化程度和變化發(fā)生位置判定裂紋發(fā)生。由于結(jié)構(gòu)健康數(shù)據(jù)的使用，影響了這些方法的實(shí)時性和高效性，因此在對解決實(shí)際工程中無參考數(shù)據(jù)對比的結(jié)構(gòu)動力學(xué)無損檢測中顯得無能為力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供ー種轉(zhuǎn)子裂紋快速檢測方法，不需要與結(jié)構(gòu)健康數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，僅通過現(xiàn)時測量模態(tài)振型即對轉(zhuǎn)子進(jìn)行裂紋檢測。
[0005]為實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]ー種轉(zhuǎn)子裂紋快速檢測方法，包括以下步驟:
[0007](I)利用非接觸式傳感器對轉(zhuǎn)子在不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)下的位移進(jìn)行逐點(diǎn)測試，得到各測點(diǎn)的轉(zhuǎn)子位移數(shù)據(jù)，連接成曲線，成為運(yùn)行響應(yīng)振型；
[0008](2)對運(yùn)行響應(yīng)振型d進(jìn)行中心差分，計(jì)算轉(zhuǎn)子的曲率振型W，其中，測點(diǎn)i的曲率振型Wi表示為:

d , — 2.(1 +
[_(I)
[0010]其中角標(biāo)i表示測點(diǎn)編號，h表示相鄰測點(diǎn)間的物;t生IEH聞;
[0011](3)計(jì)算曲率振型的波形維數(shù)，形成曲率維數(shù)曲線，即曲率維數(shù)裂紋指示曲線；
[0012](4)分析曲率維數(shù)裂紋指示曲線的峰值，根據(jù)最高峰值、最低峰值和次高峰值之間的大小關(guān)系，判定轉(zhuǎn)子是否存在裂紋，并對裂紋進(jìn)行定位。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)效果為:
[0014]I)結(jié)合曲率振型與維數(shù)形成了ー種無需轉(zhuǎn)子健康狀態(tài)下數(shù)據(jù)作為參考的動力學(xué)無損檢測方法。[0015]2)利用曲率維數(shù)局部峰值可清晰地判斷損傷位置。
[0016]3)運(yùn)算實(shí)時性好，簡單易行，便于現(xiàn)場指導(dǎo)在役轉(zhuǎn)子的無損檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺布置示意圖；
[0018]圖2為不同轉(zhuǎn)速エ況下轉(zhuǎn)子的曲率維數(shù)裂紋識別結(jié)果，其中圖2 (a)為轉(zhuǎn)速IlOOr/min時轉(zhuǎn)子的曲率維數(shù)識別結(jié)果，圖2(b)為轉(zhuǎn)速1500r/min時轉(zhuǎn)子的曲率維數(shù)識別結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)ー步詳細(xì)說明:
[0020]本發(fā)明的轉(zhuǎn)子裂紋快速檢測方法包括以下步驟:
[0021](I)利用非接觸式傳感器(電渦流位移傳感器、激光測振儀等)對轉(zhuǎn)子在不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)下的位移進(jìn)行逐點(diǎn)測試，得到各測點(diǎn)轉(zhuǎn)子位移數(shù)據(jù)，連接成曲線，成為運(yùn)行響應(yīng)振型；
[0022]圖1所示為本實(shí)施例中轉(zhuǎn)子裂紋測試布置示意圖。其中，采用Bently RK4實(shí)驗(yàn)臺搭建Jeffcott轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型，以線切割轉(zhuǎn)軸做為主要裂紋識別對象進(jìn)行動態(tài)測試。實(shí)驗(yàn)臺由ー個電機(jī)、兩個滑動軸承，轉(zhuǎn)軸(直徑IOmm,長560mm),轉(zhuǎn)子質(zhì)量盤(質(zhì)量800g,直徑75mm)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器以及信號調(diào)理裝置組成。采用ー只電渦流位移傳感器設(shè)置在垂向以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子位移振型非接觸測量，沒有設(shè)置外源進(jìn)行振動激勵，而是利用質(zhì)量盤以及轉(zhuǎn)子本身微弱的不平衡量在轉(zhuǎn)動狀態(tài)下引起的離心カ做為振動源。測試轉(zhuǎn)速設(shè)置為1100r/min和1500r/min兩檔，均未達(dá)到轉(zhuǎn)子系統(tǒng)本身的一階臨界轉(zhuǎn)速值(2100r/min)，避免了在轉(zhuǎn)子共振狀態(tài)下的測試，測試方案接近轉(zhuǎn)子本身的工作特點(diǎn)，合理可行。
[0023](2)對運(yùn)行響應(yīng)振型d進(jìn)行中心差分，計(jì)算轉(zhuǎn)子的曲率振型W，其中，測點(diǎn)i的曲率振型Wi表示為:
【權(quán)利要求】
1.ー種轉(zhuǎn)子裂紋快速檢測方法，包括以下步驟: (1)利用非接觸式傳感器對轉(zhuǎn)子在不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)下的位移進(jìn)行逐點(diǎn)測試，得到各測點(diǎn)的轉(zhuǎn)子位移數(shù)據(jù)，連接成曲線，成為運(yùn)行響應(yīng)振型； (2)對運(yùn)行響應(yīng)振型d進(jìn)行中心差分，計(jì)算轉(zhuǎn)子的曲率振型W，其中，測點(diǎn)i的曲率振型Wi表不為:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測，其中，所述非接觸式傳感器為電渦流位移傳感器或激光測振儀等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述步驟(3)具體為: 對曲率振型序列{w| (Xi, Yi), i = 1,2, , n-1, n},借助線性變換將其正則化:
“=ろ''-,n.= hzAjm , / = 1,2,...,//-1,/;
?^rnax ^minJr max J min^ \ 得到正則化后的序列{?_|(し，Hi), i = 1，2，...，n-l，n}，將序列Wnot所占據(jù)的空間進(jìn)行NXN劃分，其中，若序列長度為整數(shù)n，則劃分?jǐn)?shù)N應(yīng)不小于2n，此時波形維數(shù)Dw表示為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述步驟(4)中，判定準(zhǔn)則為:若某測點(diǎn)處出現(xiàn)最高峰值，且最高峰值與最低峰值之差為次高峰值與最低峰值之差的1.5倍以上，則認(rèn)為轉(zhuǎn)子在該最高峰值對應(yīng)的測點(diǎn)處出現(xiàn)裂紋；否則，判定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中不存在裂紋。
【文檔編號】G01N27/90GK103592365SQ201310574979
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】陳雪峰, 楊志勃, 李兵, 張興武 申請人:西安交通大學(xué)