机械结构件疲劳监测方法及装置

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1、分类号UDC密级编号硕士学位论文机械结构件疲劳监测方法及装置MechanicalStructureFatigueMonitoringMethodandDevice学位申请人：杜宏宇指导教师：李济顺教授一级学科：机械工程二级学科：机械制造及其自动化学位类别：工学硕士2015年06月独创性声明本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下完成的研究工作及取得的研究成果。据我所知，文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得河南科技大学或其它教育机构的其他学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论

2、文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：ABSTRACT摘要现代工程机械设备所处的工况环境越来越复杂，工况条件也更加恶劣，作用在机械结构上的交变（循环）载荷，加剧了材料结构的疲劳损伤，最终导致材料疲劳断裂现象。针对目前还没有有效的机械结构疲劳监测方法的现状，研制一种结构疲劳监测的试验装置及测量系统具有十分重要的意义。本文按照载荷大小可调，加载频率可控的要求，为试验装置选择了合适的传动方案和加载机构。同时，以试样所受的载荷（应力）及应变响应为被测对象，构建了以光纤布拉格光栅（简称FBG）传感器、FBG解调仪为主要元件的测量系统。本文进行了疲劳监测试验装置的

3、设计和测量系统的构建，实现了对承载构件的有效监测，解决了机械结构的疲劳监测问题。本课题主要完成的工作如下：1根据课题的要求，制定了疲劳监测装置的性能指标，介绍了装置总体构成；确定合适的传动方案和加载机构。设计了立式和卧式两种结构的疲劳监测试验装置，分析了它们的异同点。对试样结构、转盘结构、连杆结构、连杆支架安装定位、机架等进行相关的设计计算和校核，完成了对试验装置机械本体结构的设计。2构建了结构疲劳监测试验的测量系统。分别从测量系统工作原理、系统构成、系统可实现的功能、测量精度、编程流程等方面进行了详细设计说明。根据光纤布拉格光栅（FBG）传感器的原理，提出了应变

4、的解算方法，将所测得的波长值解算成所需的应力、应变值，解决了分别对载荷（应力）、应变测量的问题，使测量系统得到简化。3分别在改变曲柄长度和加载频率两个不同条件下进行疲劳监测试验，并对测量系统采集得到的波长数据进行应力、应变的换算。绘制应力应变的比值随应力循环次数变化的曲线，评估试样的疲劳损伤状态，进而为验证疲劳监测试验测量系统的可靠性和有效性提供了依据。关键词：循环载荷；疲劳损伤；监测装置；FBG传感器；疲劳监测论文类型：应用基础研究选题来源：国家973计划课题（2014CB049401），河南省基础与前沿技术研究计划项目（132300410001）IIABSTR

5、ACTABSTRACTModernengineeringmachineriesareworkinginmoreandmorecomplexenvironment,worseandworseconditionsthealternatingloadeffectingonthemechanicalstructure,aggravatesthefatiguedamageofmaterialstructure,eventuallyleadtomaterialfatigueandfracturefailure.Asastatusquothatthereisnoeffectiv

6、emethodofmonitoringmechanicalstructurefatigue,designinganddevelopingatestingapparatusandmeasuringsystemtomonitorstructuralfatiguedamageisofgreatsignificance.Inthispaper,accordingtotherequirementthattheloadmagnitudeisadjustableandthattheloadfrequencyiscontrollable,theappropriateloading

7、schemeandtransmissionmechanismischosen.Atthesametime,wetaketheload(stress)andstrainresponseofsampleasmeasuredobject,andbuiltameasurementsystemwhosemaincomponentsisopticalfiberBragggrating(FBG)sensorandFBGdemodulationinstrument.Inthispaper,wedesignanddevelopafatiguemonitoringtestunitan

8、damea