谐振式疲劳裂纹扩展试验振动系统质点质量的软测量方法

谐振式疲劳裂纹扩展试验振动系统的质点由多个不同形状、材质的部件组成,对质点质量进行直接测量有很大的局限性。提出了一种针对此类振动系统质点质量的软测量方法,建立了系统三自由度振动力学模型和动力学方程,推导得到关于系统固有频率、弹簧刚度与质点质量关系的系统频率方程,通过有限元方法计算出不同裂纹长度下试件的刚度,通过固有频率测量实验方法测出裂纹扩展到不同长度时系统的谐振频率,将不同裂纹长度时系统谐振频率值及相应试件刚度代入系统频率方程中,得到以待识别质点质量为未知数的超定方程组,求解超定方程组得到最小二乘解,并通过后续处理得到振动系统的主振质量和激振质量。为验证该方法,进行了相关实验。实验结果表明:主振质量测量的最大误差为6.76%,表明所提出方法具有理论意义和应用价值。

谐载欠采样图像采集疲劳裂纹在线测量方法

针对谐振疲劳裂纹扩展试验中,由裂纹闭合引起裂尖和背景区域图像灰度对比度不高造成的裂纹长度动态测量精度不高、稳定性不够的问题,提出一种谐振载荷状态下基于欠采样频闪图像采集疲劳裂纹长度在线测量方法。该方法首先在一个欠采样周期内通过同步控制器硬触发摄像机等间隔采集裂纹试件图像,同时载荷控制器获得与采集图像匹配的一系列载荷点,对载荷点进行最小二乘曲线拟合,拟合曲线幅值点近似谐振载荷最大点;然后将幅值点与邻近载荷点相位差对应时间反馈给同步控制器校准采集间隔,使每个欠采样周期采集接近谐振载荷最大点的裂纹张开图像;最后采用基于亚像素角点检测裂纹长度测量方法对裂纹张开图像进行在线测量。试验结果表明:测量数据稳定,测量精度可达0.025 mm。

裂纹扩展疲劳试验测控系统研究

针对疲劳裂纹扩展过程中工作载荷的稳定性问题,建立了基于裂纹长度在线测量的谐振式疲劳裂纹扩展试验振幅控制系统,提出了基于裂纹在线测量的自适应改进爬山法、固有频率跟踪方法及振幅模糊PID控制方法。首先采用自行设计的测量系统测得了试件不同裂纹尺寸所对应的系统固有频率,开始疲劳裂纹扩展试验后实时测量了裂纹扩展过程中的裂纹长度,采用所提出的固有频率跟踪算法对系统固有频率进行了跟踪,同时采用模糊PID方法对频率跟踪过程中造成的振幅波动较小进行了控制。实验及研究结果表明,所提出方法在裂纹扩展过程中的振幅控制精度为2%,控制精度高、调整时间短,能较好地满足疲劳裂纹扩展试验的要求。