[发明专利]一种循环对称结构中裂纹损伤的定量识别方法

权利要求书

1.一种循环对称结构中裂纹损伤的定量识别方法，其特征是：

所述裂纹为循环对称结构中自外圆周起指向中心的径向裂纹；

将所述循环对称结构划分为多个扇区，所述扇区为循环对称结构中的最小对称单元；

由裂纹深度和裂纹位置表征裂纹损伤情形，所述裂纹深度是指裂纹在沿径向上的长度；所述裂纹位置由扇区角进行表征；所述扇区角是指裂纹所处径线与裂纹所在扇区的扇区右侧边界径线之间的夹角；；

所述定量识别方法是按如下步骤进行：

步骤1、构建频率分裂指标与裂纹深度d和扇区角θ间的函数关系S_i(d,θ)

采用有限元建模方法构建包含有设定系列的裂纹损伤情形的循环对称结构的有限元分析模型；对于所述有限元分析模型进行特征值分析，获得与每一种裂纹损伤情形一一对应的第一节径到第四节径的各节径固有频率对，每一节径固有频率对均有两个固有频率值；针对每一种裂纹损伤情形，计算获得一一对应的各节径频率分裂指标，所述节径频率分裂指标为对应节径固有频率对中两个固有频率值的差值；利用计算获得的各节径频率分裂指标，通过曲面拟合法得到各节径频率分裂指标与裂纹深度d和扇区角θ之间的函数关系S_i(d,θ)，以i表示第i节径，i＝1,2,3,4；即：第1节径函数关系S₁(d,θ)、第2节径函数关系S₂(d,θ)、第3节径函数关系S₃(d,θ)和第4节径函数关系S₄(d,θ)；

步骤2、定性识别裂纹损伤

针对待测循环对称结构，采用锤击法选定任意测点进行测量，获得第一节径到第四节径的各节径固有频率对测量值，以所述各节径固有频率对测量值中两个固有频率值的差值一一对应作为各节径频率分裂指标测量值F_i,i＝1,2,3,4，由式(1)计算获得第一节径到第四节径各节径的比值参数r_i：

式(1)中，f_i^L为第i节径固有频率对测量值中数值大的一个固有频率值；

若各节径的比值参数r_i均不大于0.1％，判定待测循环对称结构中无裂纹损伤；

若有任一节径的比值参数r_i大于0.1％，判定待测循环对称结构中存在有裂纹损伤；

步骤3、定量识别裂纹损伤

针对存在裂纹损伤的待测循环对称结构，按如下步骤识别裂纹的位置和深度：

步骤3.1：在待测循环对称结构的每个扇区相同位置上各布置一个测点，通过对所有测点进行模态测试分别获得第二节径模态和第三节径模态的模态振型，并获得第二节径和第三节径的各节径固有频率对测试值；根据第二节径和第三节径模态振型中的节径线获得裂纹扇区角，是以第二节径和第三节径模态振型中节径线的交汇点所在的扇区角作为裂纹扇区角θ₀，实现裂纹定位；

步骤3.2：将所述裂纹扇区角θ₀作为已知参数，根据步骤1中建立的第二节径函数关系S₂(d,θ)和第三节径函数关系S₃(d,θ)一一对应获得第二节径频率分裂指标与裂纹深度的一维函数关系以及第三节径频率分裂指标与裂纹深度的一维函数关系

以步骤3.1中获得的第二节径固有频率对测试值中两个固有频率值的差值作为第二节径频率分裂指标测试值；并以步骤3.1中获得的第三节径固有频率对测试值中两个固有频率值的差值作为第三节径频率分裂指标测试值；

将所述第二节径频率分裂指标测试值作为已知参数，根据一维函数关系计算获得裂纹深度d₂；并将所述第三节径频率分裂指标测试值作为已知参数，根据一维函数关系获得裂纹深度d₃；取d₂与d₃的平均值作为裂纹深度d₀，实现裂纹深度的识别。