汽车起重机关键结构件损伤的声发射特性与源识别方法研究

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1、汽车起重机关键结构件损伤的声发射特性与源识别方法研究窦艳涛2015年01月中图分类号：TP806.3UDC分类号：621汽车起重机关键结构件损伤的声发射特性与源识别方法研究作者姓名窦艳涛学院名称机械与车辆学院指导教师庞思勤，徐小力答辩委员会主席申请学位工学博士学科专业机械制造及其自动化学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月Thestudyofthecharacteristicofacousticemissionandsourcesidentificationmethodfordamageofthekeystructuralp

2、artsoftruckcraneCandidateName：DouYantaoSchoolorDepartment:MechanicalEngineeringFacultyMentor:PangSiqin,XuXiaoliChair,ThesisCommittee:DegreeApplied:DoctorofEngineeringMajor：MechanicalManufacturing＆AutomationDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，201

3、5研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要汽车起重机作为一种被广泛应用的特种设备，在中国数量多、增速快。且由于其关键结构件长期受交变载荷的作用，所处工作环境恶劣，因此易产生裂纹、锈蚀等损

4、伤缺陷，从而造成整机的灾难性事故，因此对其进行损伤检测与分析研究十分必要。由于声发射技术能够检测金属材料早期裂缝产生和扩展过程，使其非常适合作为结构件局部损伤的监测方法。现阶段对汽车起重机的关键结构件进行局部损伤监测还处于初级阶段，对其声发射源特性缺乏清晰的认识，未形成行之有效的方法与策略对关键结构件局部损伤及危险状态进行预警，而且对工作环境下汽车起重机局部损伤声发射源的识别有待于进一步的研究。因此结合国家重点高技术研究发展计划开展了相关课题的研究工作，具体研究内容包括：(1)通过汽车起重机常用Weldox960钢和HG70钢母材及焊接

5、试件拉伸破坏的声发射监测实验，对材料损伤过程中声发射信号特征参数变化规律及其对损伤行为的敏感性进行了研究，并采用时差滤波方法实现了裂纹损伤声发射信号的有效分离。研究结果表明：有效值电压（RMS电压）对材料屈服变形损伤较为敏感，据此提出了一种基于RMS电压局部极小值的材料屈服变形损伤预警方法，其对HG70钢母材预警应力比为75%、对Weldox960钢母材为90%左右；而质心频率、峰值频率及幅值的变化可有效监测裂纹萌生及扩展过程。(2)汽车起重机服役过程中其多个部件受弯曲载荷作用，因此在实验室条件下，采用声发射技术监测了其常用钢母材及焊接

6、缺陷试件的三点弯曲实验过程,研究了不同损伤阶段的声发射特征，并提出了一种基于最小改进b值（最小Ib值）的裂纹损伤预警方法。实验结果表明：最小Ib值可以实现对焊接裂纹扩展损伤的预警；幅值、振铃计数等多个特征参数值对母材损伤变形过程较为敏感；而信号能量计数值、质心频率等多个特征参数可作为焊接试件裂纹扩展的敏感特征指标。(3)提出了一种声发射检测点优化设计及局部损伤定位方法，该方法首先进行汽车起重机结构件的建模和有限元分析，然后结合分析结果与加载应力实验确定应力集中及易损伤区，以此为依据确定声发射监测的重点部位，最后进行声发射检测实验方案及四

7、探头阵列的声发射定位方法设计。实验结果表明：该方法准确确定了声发射监I北京理工大学博士学位论文测的两个重点区域，断铅模拟实验及起重机加载实验均验证了该方法能够对吊臂等关键结构件上的损伤源实现准确定位。(4)提出了一种基于混合特征向量与最小二乘支持向量机的汽车起重机典型声发射源识别方法。首先结合小波包分析，信号时域及频域特征分析生成声发射混合特征向量，然后结合类间距离评估因子方法对生成的特征向量进行降维处理，再将其作为输入值带入构造的最小二乘支持向量机识别模型完成识别分析。通过对工业现场常见6种典型声发射源数据识别结果表明：该模型对不同声

8、发射源的识别率均超过了93%，而且相较于神经网络方法有更高的识别精度。通过论文的研究，有助于加深对汽车起重机关键结构件损伤声发射源的全面了解，为相关声发射检测标准的制定提供理论及实验基础，对加速声发射技术在