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具有裂缝的柔性悬臂梁的振动特性研究及其裂缝参数识别研究

李济泽  
【摘要】: 山于柔性结构对外界干扰和工作环境部很敏感,导致柔性结构在工作过程 中比较容易产生物理缺陷。当柔性结构上有物理缺陷时,柔性结构的工作稳定 性将受到很大的影响。柔性悬臂梁是柔性结构中最常见的一种典型结构,裂缝 则是柔性结构经常产生的一种物理缺陷,研究裂缝对柔性悬臂梁振动特性的影 响,对研究物理缺陷对柔性结构稳定性的影响具有一定的代表性。本论文主要 从裂缝所处位置以及裂缝的长度这两个方面研究裂缝对柔性悬臂梁振动特性的 影响,并在此基础上利用人工神经网络柔性悬擘粱上裂缝所在位置和裂缝长度, 以实现对裂缝缺陷的智能诊断。 为此本论文首先利用有限元方法模拟当柔性悬臂梁上有裂缝时的振动情 况。为了讨论裂缝所处位置、裂缝长度对柔性悬臂梁振动特性的影响,在梁上 选取了7个不同位置,并在每个位置上设定了7种裂缝长度,建立了49根的柔 性悬臂梁的有限元模型。此外,还建立一无物理缺陷的柔性悬臂梁有限元模型, 作为对比样本。首先对柔性悬臂梁进行模态分析,研究裂缝位置、裂缝长度粱 固有模态频率的影响。然后对这些悬臂梁模型施加相同初始条件,选取粱上相 同位置观测其振动位移和振动应变。本论文还通过柔性悬臂梁振动的实验,观 察裂缝所处位置、裂缝长度对梁振动特性的影响,并对比通过有限元方法仿真 得到的相关数据。 由于裂缝所处位置、裂缝长度对柔性悬臂梁振动影响反映到观测信号呈现 出一定的非线性,故所选择物理缺陷诊断方法应具有较强的分析和概括能力。 BP神经网络是一种多层的前馈型人工神经网络,可实现从输入到输出的任意非 线性映射,所以选取BP神经网络可以有效地实现从观测信号到裂缝所处位置 以及裂缝长度的非先行映射,以达到对柔性悬臂梁上裂缝缺陷的智能诊断。


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