基于PVDF的金属结构焊缝裂纹损伤识别研究.pdf

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1、基于PVDF的金属结构焊缝裂纹损伤识别研究王亚辉黎玄彭甜武汉理工大学武汉430063摘要：针对机械设备金属结构出现的焊缝裂纹问题，提出了采用聚偏二氟乙烯(PVDF)和工作变形曲率(COS)算法进行损伤识别的方法，分析了频率响应函数虚部的损伤识别理论，阐述了工作变形曲率的提取方法，提出了采用间隔拟合法(GSM)进行健康结构工作变形曲率拟合的方法，采用PVDF在带有2条焊缝裂纹的焊接金属板上进行实验。实验结果表明：该方法能够准确识别裂纹的位置及开口长度，可以为金属结构的安全评定提供可靠信息。关键词：金属结构；PVDF；焊缝裂纹；频率响应函数；工作变形曲率中图分类号：TG407文献标识码：A文章编

2、号：1001—0785(2015)02—0001—04Abstract：Inviewoftheweldcrackappearinginthemetalstructureofthemechanicalequipment，thepaperputsfor—wardthemethodofdamageidentificationincludingPVDFanddeformationcurvaturealgorithm，analyzesthedamageidenti—ficationtheoryfortheimaginarypartoffrequencyresponsefunction，describe

3、stheextractionmethodofCOS，andpresentstoadoptintervalfittingmethod(GSM)forfittingoftheworkingdeformationcurvatureofthehealthystructure．PVDFisappliedtoperformtestontheweldingmetalplatewithtwoweldcracks．Thetestresultshowsthatthemethodcancorrectlyidentifythepositionandopeninglen~hofthecracks，providingr

4、eliableinformationforsafetyevaluationofthemetalstruc—ture．Keywords：metalstructure；PVDF；weldcrack；frequencyresponsefunction；workingdeformationcurvature曲率检测方法，通过理论分析和实验，实现了焊0前言缝裂纹的识别与定位。大型机械设备金属结构的损伤形式多表现为1工作变形曲率法检测焊缝裂纹的基本结构焊缝的疲劳裂纹。在各种载荷作用下，焊缝理论裂纹萌生扩展到一定长度会对结构的安全产生极大威胁。传统的超声、渗透、磁粉检测等检测焊工作变形曲率法检测焊缝裂纹的

5、基本流程如缝裂纹的方法存在较多局限，如灵敏度不高、检图1所示，主要分为工作曲率变形的获取、健康测效率低等J，故研究一种快速准确检测金属结结构工作曲率变形的拟合以及损伤识别指标的提构焊缝裂纹的方法具有重要意义。近年来，基于新型压电材料的裂纹检测理论和方法取得了较大进展。PVDF压电薄膜具有质量轻、响应快、灵敏度高等优点，能够加工成各种形状、应用于复杂环境等优势，应用潜力巨大j。裂纹的存在将改变金属结构的动力学特征(如频率响应函数)，裂纹信息可以通过动力学特征的变化信息获取_3'4J。本文研究了一种基于PVDF的工作变形图1基于工作变形曲率法的焊缝裂纹识别流程+交通运输部应用基础研究计划项目(2

6、014329811320)《起重运输机械》2015(2)取与优化等部分。算出相应健康结构的工作变形曲率J。拟合公1．1工作变形曲率的获取式为结构的工作变形(ODS，OperatingDenectionl*tt(∞)=po+P1i+p2i+p3i(3)Shape)为某一特定时刻或频率下结构上2点或多式中：*tt()为频率∞在健康结构第i点的点之间的相对振动，或某一点相对于其他所有点工作变形曲率；为激励点的序号；P。、P、P、P的振动状态，其值提取自结构的频率响应函数。分别为多项式的系数，可通过测量得到的损伤结频率响应函数是由激励点的输入与测量点的输出构的工作变形曲率一()、一()、tfr+()

7、和通过傅里叶变换得到的，如图2所示。频率响应+：((【，)求得。函数虚部值能够更有效地反映结构的损伤，这里将i代人已求得系数的多项式，从而求得所采用的工作变形是指结构非固有频率下所对应(∞)，重复上述过程可求得频率为时所有点的频率响应函数虚部值组合’。。的健康结构工作变形曲率。另外，拟合第一个点或最后一个点时需要通过附近4个点的工作变形ll曲率计算得到。11暮1．3损伤识别指标的提取．}＼将损伤结构的工作变形