基于压电阻抗的转子损伤定量检测方法研究

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1、基于压电阻抗的转子损伤定量检测方法研究重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：陶艺指导教师：秦毅副教授学位类别：工程硕士（机械工程领域）重庆大学机械工程学院二O一五年五月ResearchonaQuantitativeDamageDetectionMethodforaRotorBasedonPiezoelectricImpedanceAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeByTaoYiSupervi

2、sedbyAss.Prof.QinYiSpecialty:ME(MechanicalEngineeringField)CollegeofMechanicalEngineeringChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要旋转机械在工业中有着广泛的应用并在生产生活中发挥着越来越重要的作用。由某些线性或非线性的因素所导致的各种损伤对旋转机械的安全运行构成了较大隐患，因此损伤检测对旋转机械而言有着特别重要的意义。在损伤检测中，损伤是否发生较为容易判断，损伤检测的真正的难点在于如何进行定位和定量的检测。转

3、子是旋转机械的核心部件。为了对转子的损伤进行定位定量的检测，本文将弯曲刚度的变化值作为损伤指标，并引入了压电阻抗法和谱元法进行建模。应用压电阻抗技术进行结构健康检测是基于结构机械阻抗值在结构遭受不同程度的损伤的情况下发生不同程度的变化的原理，即压电阻抗的变化可以反映结构整体性的变化。谱元法兼有谱方法和有限元方法的特点，能够高效地、精确地进行计算。本文研究的重点是建立基于谱元法的阻抗数字模型。针对转子的特殊圆形边界条件，本文使用了环形单元作为被分析的单元。结合板件机电耦合阻抗的分析模型，利用推导出的一系列公式和相关的参数得出了无损和有损状况下结构的机电耦

4、合阻抗表达式。在此基础上引入了泰勒级数展开的方法近似推导出了损伤识别模型，最终提出了基于谱元法的转子损伤识别算法。最后结合实际仿真分析和实际实验，求出了某转子的损伤位置与损伤程度并证明了所提出方法的准确性和高效性。针对阻抗测试实验中信号可能被噪声污染的问题，本文还提出了一种自适应双稳随机共振信号降噪方法。新的双稳随机共振系统增加了模型的阶次，并引入了一种迭代的方法来求快速求得最优系统参数。仿真和实验结果表明该方法具有很好的降噪性能和计算速度，能够提高转子故障辨识的精度。关键词：损伤识别，谱元法，阻抗法，随机共振I英文摘要ABSTRACTRotaryma

5、chineryiswidelyusedinmechanicalengineering.Itplaysanincreasinglyimportantroleinvariousindustryfields.Damagescausedbysomelinearornon-linearfactorsposegreatchallengestothesafeoperationofrotarymachinery.Thusitisquitesignificanttocarryoutdamagedetectionsonrotarymachinery.Itiseasytog

6、ettoknowtheoccurrenceofdamageswhiletherealdifficultieslieinhowtolocateandquantifydamages.Arotoristhecorecomponentofarotarymachine.Inthisresearch,inordertolocalizeandquantifydamagesofarotor,thelossofbendingmomentisreckonedasthedamageindex.PiezoelectricImpedanceMethod(PIM)andSpect

7、ralElementMethod(SEM)areintroducedinthemodeling.Asisknown,structuralhealthmonitoringbasedonPIMbenefitsfromthefactthatmechanicalimpedancechangesinaccordancewiththechangesinthestructuralintegrity.Thusthechangesinstructuralintegritycanberevealedbythechangesinmechanicalimpedance.Mor

8、eover,thespectralelementmethodcombinesthehighly