[发明专利]基于频率等高线的管道横向裂纹定量诊断方法

权利要求书

1.基于频率等高线的管道横向裂纹定量诊断方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：

1）根据管道结构，计算出裂纹的等效刚度，进而对横向裂纹管道进行有限元建模，获得不同位置与深度的裂纹等效刚度与转子固有频率的特征关系；

2）通过对裂纹管道进行动态测试分析，获得裂纹管道的前三阶固有频率ω_i,i=1,2,3；

3）将获得的裂纹管道的前三阶固有频率代入管道有限元模型，分别计算出裂纹等效刚度对应于裂纹位置的三条频率等高线，利用频率等高线交点定量诊断横向裂纹的位置与深度。

2.根据权利要求1所述的基于频率等高线的管道横向裂纹定量诊断方法，其特征在于，所述根据管道结构计算出裂纹的等效刚度，进而对横向裂纹管道进行有限元建模，获得不同位置与深度的裂纹等效刚度与转子固有频率的特征关系，包括以下步骤：

1）将管道沿径向离散一系列壁厚相同、依次嵌套的薄壁环，利用离散的薄壁环圆环结构参数，按照薄壁环应力强度因子公式求得各个薄壁环的应力强度因子，进而计算出裂纹的等效刚度；

2）裂纹引起的结构局部柔度变化通常采用扭转线弹簧模型描述，把横向裂纹引起的局部附加柔度或等效刚度代入到有限元单元刚度矩阵中，求解横向裂纹管道动态特性，得到横向裂纹故障与管道固有频率的特征关系为：

|K(k,β)-ω²M|=0

式中，K表示系统整体刚度矩阵，M表示系统整体质量矩阵，ω表示系统固有频率，k表示裂纹等效刚度，β表示裂纹相对位置。

3.根据权利要求1所述的基于频率等高线的管道横向裂纹定量诊断方法，其特征在于，所述获得前三阶固有频率ω_i，i＝1,2,3的方法如下：

首先建立管道测试实验台及测试系统，将带有横向裂纹的管道加持在试验台中；然后对横向裂纹管道的固有频率进行锤击，获取脉冲信号；通过对脉冲信号进行分析，提取管道的前三阶固有频率ω_i,i＝1,2,3，固有频率ω_i的单位为赫兹。

4.根据权利要求3所述的基于频率等高线的管道横向裂纹定量诊断方法，其特征在于，所述获得不同裂纹位置和深度组合时结构的前三阶固有频率作为裂纹故障数据库。

5.根据权利要求1所述的基于频率等高线的管道横向裂纹定量诊断方法，其特征在于，所述定量诊断出横向裂纹的位置和深度的步骤如下：

1）以实测得到的管道前三阶固有频率作为输入，去截取构造的各阶固有频率曲面，分别绘制出对应于前三阶固有频率的频率等高线；

2）将3条频率等高线迭加到一起，即在同一坐标系中绘制三条等高线时，利用三条等高线的交点对应的横、纵坐标诊断出裂纹相对位置β和裂纹相对深度α。

6.根据权利要求4或5所述的基于频率等高线的管道横向裂纹定量诊断方法，其特征在于，所述构造各阶固有频率曲面通过下述方式实现：

绘制结构的各阶固有频率关于裂纹位置和深度的曲面，利用曲面拟合技术，对所述的裂纹故障数据库中的离散样本点进行曲面拟合，并绘制出以裂纹相对位置β和相对深度α为自变量，裂纹结构固有频率为因变量的各阶固有频率曲面。