一种基于跨点阻抗的金属裂纹识别方法与流程

1.本发明涉及的是一种金属检测方法，具体地说是金属裂纹检测方法。


背景技术：

2.金属裂纹是在外部交变载荷、过载荷和长期腐蚀等作用下产生的，经过萌发，扩展和瞬时断裂三个阶段使得金属工件失效，并因此产生不可估计得严重后果。特别是对于大型箱梁结构，其工作载荷往往较大，长期的载荷作用下产生反复弯曲疲劳，从而生成微观裂纹，并逐步发展为宏观裂纹，从而大大降低了结构的强度，在瞬时过载荷的作用下，使得结构产生瞬时断裂。因此，定期对大型承载结构进行检修，及早发现裂纹故障对安全生产具有非常重要的工程意义。
3.目前，针对金属裂纹检测技术的应用研究，广大工程师和学者们进行了大量的研究工作。在专利名称为“一种金属拉深件微小裂纹冲击性信号的识别方法”和“一种用于金属裂纹监测的声学信号识别方法”的公开内容中，主要通过金属在产生裂纹后产生的声信号来检测并识别裂纹的存在。通过声学信号检测裂纹故障，需要对采集到的声学信号进行降噪滤波，特征信号提取，然后通过bp神经网络、谱分析等算法对特征信号进行分类整理，过程复杂，识别难度大，且对检测环境要求极为苛刻，很难应用于工业生产之中。
4.另外，专利名称为“一种检测识别p92钢焊缝金属微细裂纹的方法”和专利名称为“一种金属板材冲压接头力学性能试验裂纹自动识别方法”的专利通过图像识别的方式，来检测金属焊缝和金属板材冲压接头处的细微裂纹。具有较高精确度和非接触的特点。但是，图像识别方法对金属表面光洁度要求极高，同样不利于工程应用。而专利名称为“金属薄板微裂纹识别与定位系统及基于该系统的检测方法”的专利，设计了一套用于金属薄板微裂纹识别与定位系统，主要通过超声波来检测金属裂纹，具有较高的精度。其不足之处在于，超声波的检测距离有限，而且对功率放大器、超声波探头等硬件要求较高。
5.因此，目前的金属裂纹识别方法主要有声信号识别法、图像识别法和超声检测方法，其存在的不足主要有工程适应性差，对测试环境要求高、对被检测金属工件表面光洁度要求高，操作复杂，检测效率等。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供能解决现有金属裂纹识别方法对测试环境要求高，识别准确率不高、速度慢等问题的一种基于跨点阻抗的金属裂纹识别方法。
7.本发明的目的是这样实现的：
8.本发明一种基于跨点阻抗的金属裂纹识别方法，其特征是：
9.选取金属工件h表面裂纹故障两侧的监测点a点和b点作为采样点；
10.通过传感器采集采样点a点和b点的加速度响应信号aa和ab，并根据激励力f的大小求取加速度阻抗比r，r为b点的加速度阻抗除以a点的加速度阻抗：
[0011][0012]
利用傅里叶变换对加速度阻抗比r进行幅频特性分析；
[0013]
选取与金属工件h同等型号的金属工件h’，金属工件h’不含有裂纹故障；在监测点a点和b点相对应的位置上，选取金属工件h’上的a’点和b’点作为采样点，求加速度阻抗比r’，r’为b’点的加速度阻抗除以a’点的加速度阻抗：
[0014][0015]
利用傅里叶变换对加速度阻抗比r’进行幅频特性分析；
[0016]
从r和r’的幅频特性曲线上分析，如果r≠r’,推断裂纹故障可以用两个采样点的加速度阻抗之比来表征；
[0017]
金属裂纹故障结构的阻尼大于正常结构的阻尼,导致b
’‑
a’的响应变化幅值比b-a的响应变化幅值大，从幅频特性曲线上来看，r’的幅值大于r的幅值；
[0018]
根据以上规律，进行对金属工件h是否存在裂纹故障的判断。
[0019]
本发明的优势在于：本发明与传统的金属裂纹识别方法相比，采用跨点加速度阻抗表征裂纹故障前后的差异，此种方法采集加速度响应信号和激励力信号方便，对测试环境适应性强，通过两个测点加速度阻抗之比的幅频特性进行故障分析，识别准确率高、速度快。本发明的识别方法复杂程度低，便于检测装备开发，能够在工业生产中进行金属裂纹的快速检测。
附图说明
[0020]
图1为金属工件h示意图；
[0021]
图2为金属工件h’示意图；
[0022]
图3为金属工件h检测示意图；
[0023]
图4为金属工件h’检测示意图；
[0024]
图5为金属工件h和h’检测结果对比图；
[0025]
图6为金属工件h1和h2检测结果对比图；
[0026]
图7为金属工件h3和h4检测结果对比图。
具体实施方式
[0027]
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
[0028]
结合图1-7，本发明的具体实施方式：
[0029]
步骤1、结合附图1，选定金属工件h，h表面存在一处裂纹故障，在裂纹故障两侧确定监测点a点和b点作为采样点，并在金属工件一侧的端面上选择一个激励力f的输入点；
[0030]
步骤2、结合附图3，当金属工件h输入激励力f时，采集采样点a和b点的加速度响应信号aa和ab；
[0031]
步骤3、基于加速度阻抗的计算原理，将采集到的激励力信号和加速度响应信号，通过下述公式处理后获得采样点a和采样点b跨点加速度阻抗之比的频域动态特性结果r；
[0032][0033]
步骤4、同理，结合附图2，选定金属工件h’，h’表面不存在裂纹故障，在金属工件h’上，选取与金属工件h上监测点a点和b点位置相对应的的a’点和b’点作为采样点，并在金属工件一侧的端面上选择一个激励力f的输入点；
[0034]
步骤5、结合附图4，当金属工件h输入激励力f时，采集采样点a’和b’点的加速度响应信号a
′a和a
′b；
[0035]
步骤6、同理，基于加速度阻抗的计算原理，将采集到的激励力信号和加速度响应信号，通过下述公式处理后获得采样点a’和采样点b’跨点加速度阻抗之比的频域动态特性结果r’；
[0036][0037]
步骤7、将步骤3和步骤6获得的结果r和r’，放在同一副图5中进行对比，发现在频域区间[2k,5k]内，含有裂纹的金属工件h幅值明显大于正常金属工件h’的幅值。将此特征作为判据，能够准确、快速的识别出金属工件是否存在裂纹故障；图5，图6和图7分别对应不同的金属工件进行的检测结果对比，并得出相同的结论，说明了本发明提出的检测方法具有可重复性，可以保证检测结果的准确率，并因此具备较高的实际工程意义。


技术特征：
1.一种基于跨点阻抗的金属裂纹识别方法，其特征是：选取金属工件h表面裂纹故障两侧的监测点a点和b点作为采样点；通过传感器采集采样点a点和b点的加速度响应信号a
a
和a
b
，并根据激励力f的大小求取加速度阻抗比r，r为b点的加速度阻抗除以a点的加速度阻抗：利用傅里叶变换对加速度阻抗比r进行幅频特性分析；选取与金属工件h同等型号的金属工件h’，金属工件h’不含有裂纹故障；在监测点a点和b点相对应的位置上，选取金属工件h’上的a’点和b’点作为采样点，求加速度阻抗比r’，r’为b’点的加速度阻抗除以a’点的加速度阻抗：利用傅里叶变换对加速度阻抗比r’进行幅频特性分析；从r和r’的幅频特性曲线上分析，如果r≠r’,推断裂纹故障可以用两个采样点的加速度阻抗之比来表征；金属裂纹故障结构的阻尼大于正常结构的阻尼,导致b
’‑
a’的响应变化幅值比b-a的响应变化幅值大，从幅频特性曲线上来看，r’的幅值大于r的幅值；根据以上规律，进行对金属工件h是否存在裂纹故障的判断。

技术总结
本发明的目的在于提供一种基于跨点阻抗的金属裂纹识别方法，包括如下步骤：首先，采集并计算对照组金属工件的两个采样点的跨点加速度阻抗之比，获得跨点阻抗的频域结果。然后，对实验组进行同样的操作，并获得跨点阻抗的频域结果。最后，根据两组频域结果的对比分析，得出实验组是否存在裂纹故障。本发明与传统的金属裂纹识别方法相比，采用跨点加速度阻抗表征裂纹故障前后的差异，此种方法采集加速度响应信号和激励力信号方便，对测试环境适应性强，通过两个测点加速度阻抗之比的幅频特性进行故障分析，识别准确率高、速度快。本发明的识别方法复杂程度低，便于检测装备开发，能够在工业生产中进行金属裂纹的快速检测。业生产中进行金属裂纹的快速检测。业生产中进行金属裂纹的快速检测。


技术研发人员：李玩幽 赵靓珂 陈彬 率志君 王东华 郭宜斌 李宏亮
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2022/3/18