[发明专利]一种基于时间序列模型的轴类零件裂纹判别方法

说明书

技术领域

本发明属于结构损伤诊断领域，尤其涉及一种基于时间序列模型的轴类零件裂纹判别方法。

背景技术

轴类零件作为机械配件中常见且关键的零件，承担着支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷的作用。

在机械设备运行的过程中，轴类零件失效是危害最大的，轴类零件一旦失效，轻则设备部分功能失效，重则导致设备停止运作，生产停顿，甚至是安全事故，造成巨大的经济损失。轴类零件容易发生变形、磨损、断裂失效等。其中又以断裂失效在各种失效形式中后果最为严重，对于伴随轴类零件断裂过程一直存在的裂纹的判别的重要性就凸显出来。

以往的结构裂纹判别中，常见的方法有运用模态分析结果的差异来判别区分带裂纹结构与健康结构，但模态分析在运用中的结果差异实际上不够明显；也有基于振动测试数据对裂纹结构进行判别的方法，如申请公布号为CN101907607A的判别瓷支柱绝缘子缺陷的专利，但是该方法只能判别是否有裂纹存在，但无法判别裂纹具体位置和裂纹严重程度；也有对一些方法能实现对结构损伤的位置与大小的判别，如申请公布号CN102043017A的对建筑框架结构损伤检测方法专利，申请公布号CN101923027A的对结构损伤检测的专利，申请公布号为CN102043019A的对框架结构损伤识别的方法的专利，但这些方法都需要用到多个传感器，处理多个响应数据，对现场测试的要求较高，不够方便。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种轴类零件裂纹判别的方法，判别裂纹是否存在，裂纹位置和裂纹严重程度。该方法在现场测试中所需数据少，效率高，具有较高的精度。为轴类零件相关设备维护提供指导，避免设备使用寿命缩短和危害生产效益的情况的发生。

本发明的技术方案是：一种基于时间序列模型的轴类零件裂纹判别方法，该方法具体包括以下步骤：

(1)以裂纹产生处与轴类零件一端的距离，如0mm，100mm，200mm等表征裂纹位置；以裂纹深度，如0mm，10mm，20mm等表征裂纹严重程度。两个指标组合在一起，用(λ,s)表征轴类零件的裂纹情况，λ表示裂纹位置，s表示裂纹严重程度，如(1000，20)表示在距离轴类零件法兰盘端面1000mm处产生了20mm深的裂纹；(0,0)，(100,0)，(200,0)等均表示轴类零件无裂纹，

根据轴类零件具体尺寸选取多种裂纹工况以表达轴类零件裂纹情况；

(2)在无裂纹轴类零件有限元模型上依据前一步选取的裂纹工况进行仿真，提取轴上一点在激励下的响应，不同裂纹轴的振动响应结果形成轴类零件的时间序列模型裂纹字典，仿真裂纹工况种类的多少由希望建立的裂纹字典详细程度决定。同时选定若干种具有代表性裂纹，如无裂纹轴类零件；某一危险截面处出现10mm裂纹，20mm裂纹，50mm裂纹等。对相应轴类零件实物进行振动激励，提取轴类零件振动特性，如模态频率等，与有限元模型相应特性对比，对其进行修正，保证这一步得到的模型裂纹字典的准确性；

(3)对轴类零件进行现场振动测试，使用一个传感器提取轴类零件上一个点的响应，这一点与步骤(2)中提取响应的是同一位置的同一点，结合步骤(2)中获得的模型裂纹字典，对振动测试获得的响应数据进行统计学处理，达到判别轴类零件裂纹是否存在，位置和严重程度的目的。

其中，在步骤(2)和步骤(3)中，激励轴类零件，使其产生振动的方法为：轴类零件的一端的同一点上施加白噪声载荷，白噪声均值为0，方差为1。

而且，在步骤(2)和步骤(3)中，采集的轴类零件响应为加速度响应。

而且，在步骤(2)中，得到加速度响应数据，即一组时间序列后，处理方法为：

按以下公式进行数据标准化，

T=t-μσ]]>

其中，t表示未经标准化处理的时间序列，T表示经过标准化处理的时间序列，μ为未经处理的时间序列的均值，σ为未经处理的时间序列的标准差，经过数据标准化后，原始数据均转换为无量纲化的数值；

步骤2中，建立的轴类零件时间序列模型为ARMA(p,q)模型，参数p和q表示ARMA模型内两种不同参数的个数；