[发明专利]基于自适应优化VMD的起重机主梁损伤声发射无损检测方法

说明书

一种基于自适应优化VMD的起重机主梁损伤声发射无损检测方法，步骤如下：(1)在起重机主梁安装相应的传感器建立结构损伤声发射监测系统，获得损伤过程的声发射信号。(2)对采集到的声发射信号进行自适应优化VMD处理，实现原始信号的自适应滤波和降噪处理。(3)依据声发射重构波形的频域特性，确定损伤过程中声发射事件的重心频率分布。(4)通过分析声发射信号的重心频率分布范围，建立损伤重心频率评价指标，判断起重机主梁的不同损伤阶段。本发明简单易行，该方法可对起重机主梁的内部损伤进行实时动态的损伤监测与识别。

技术领域

本发明涉及工业生产中的损伤识别技术领域，特别是涉及基于自适应优化VMD的起重机主梁损伤声发射无损检测方法。

背景技术

起重机作为特种设备八大类之一，近几年广泛应用于机械、冶金、建筑等行业。目前，随着国内相关行业的快速发展，起重机作为其行业中不可或缺的关键设备，正朝着大型化、高速化、功能多元化方向发展。起重机运行速度、起重吨位和起升高度的大幅度增加，有效地提高了企业生产效率，但相应地起重机的满载工作几率加大，工作繁忙程度加重，一些起重机大部分时间都在高应力水平下运行，甚至超出其许用应力水平，使得起重机的机械承载结构故障相应增加，严重影响了生产安全，甚至威胁作业人员的生命安危，并造成重大的经济损失和人身伤亡，社会影响恶劣。由此可见，起重机的安全使用问题是特种设备监管与检测迫切需要解决的问题。

起重机主梁结构庞大、复杂，大量研究表明起重机主梁结构损伤、主梁联接之间的焊缝缺陷、主梁的塑性变形和断裂是起重机发生安全事故的主要原因。因此，在起重机行业开展无损检测，是保证其安全工作的重要手段。同时在交变载荷的作用下，材料或构件会产生挤压变形，从而导致微裂纹的形成，并且在裂纹尖端引起应力集中，进一步促使在较低的应力条件下发生裂纹拓展，随着裂纹的拓展最终将产生断裂和失效。在实际应用中，机构的疲劳断裂产生呈无规则性，由此会给故障检测的实施带来许多不便。因此，如何定性和定量地检测出材料的疲劳裂纹，并及时准确地对材料的疲劳损伤程度进行评估和预警预报，防止疲劳失效事故的发生，是目前从事材料检测工作的核心问题。

为了解决起重机金属结构整体快速检测与评价的技术难题，国内外将声发射技术应用于起重机主梁的缺陷定位和结构完整性评价。目前，声发射技术在起重机主梁结构缺陷检测和结构完整性评价方面的研究尚不成熟，并且声发射信号处理以及声发射源定位问题始终是起重机主梁声发射检测的重点和难点。因而，动态获取起重机主梁应力应变状态是监测起重机结构损伤状态、预防失效的关键所在。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供基于自适应优化VMD的起重机主梁损伤声发射无损检测方法，，旨在实现起重机主梁结构的从特征提取到损伤识别阶段的全程动态检测，该方法可为起重机主梁的损伤监测提供一种可解决的有效方案，为达此目的，本发明提供基于自适应优化VMD的起重机主梁损伤声发射无损检测方法，具体步骤如下：

步骤1、在起重机主梁安装相应的传感器建立结构损伤声发射监测系统，获得损伤过程的声发射信号；

步骤2、对采集到的声发射信号进行自适应优化VMD处理，实现原始信号的自适应滤波和降噪处理；

步骤3、依据声发射重构波形的频域特性，确定损伤过程中声发射事件的重心频率分布；

步骤4、通过分析声发射信号的重心频率分布范围，建立损伤重心频率评价指标，判断起重机主梁的不同损伤阶段。

作为本发明进一步改进，步骤2的具体步骤为：

步骤2.1，通过信号的频域特征划分频带，实现信号的自适应分解，其固有模态函数表达式为

式中：分别为信号λ(t),x(t)的傅里叶变换；

步骤2.2，当满足以下约束条件时，信号的VMD过程结束，即