[发明专利]一种基于横向布贴光纤光栅光谱图像分析的孔边裂纹诊断方法

摘要

一种基于横向布贴光纤光栅光谱图像分析的孔边裂纹诊断方法，步骤如下：1：选择并设计试样件；2：对试样件进行结构力学分析；3：在铝合金薄板上布贴光纤光栅传感器；4：根据有限元仿真结果反推光纤光栅传感器反射光谱图像规律；5：将以上贴有光纤光栅传感器的铝合金薄板安装在疲劳试验机上进行疲劳裂纹扩展试验；6：对传感器采集的信号进行处理；7：重复步骤1‑5，验证步骤6中建立的方法；8：判别裂纹是否扩展到该传感器位置，实现实时监测裂纹扩展情况的功能；通过以上步骤，实现了基于横向布贴光纤光栅光谱图像分析的孔边裂纹诊断方法，达到了诊断孔边裂纹长度的研究效果，解决了工程应用中铝合金板孔边裂纹长度的定位问题。

主权项

1.一种基于横向布贴光纤光栅光谱图像分析的孔边裂纹诊断方法，其特征在于：其具体实施步骤如下：步骤1：选择并设计铝合金薄板，在铝合金薄板中心区域预制中心孔并在孔边预制裂纹；步骤2：对铝合金薄板进行结构力学分析，确定外界加载条件及铝合金薄板材料、弹性模量各相关参数；根据已确定的试验条件，对试验件利用有限元仿真软件即ANSYS软件进行有限元仿真分析，得到裂纹扩展到预定长度下裂纹尖端附件区域的应力分布情况；步骤3：根据有限元仿真结果在铝合金薄板上布贴光纤光栅传感器；根据铝合金薄板孔边区域裂纹扩展情况，在与裂纹扩展方向平行的方向上布贴光纤光栅传感器，令裂纹扩展方向为x轴，与裂纹扩展方向垂直的方向为y轴，根据上述有限元仿真结果，确定相应的光纤光栅传感器的位置坐标(x_i,y_i)，使横向布置的光纤光栅传感器能明显的感知裂纹尖端的横向应力梯度变化；步骤4：根据有限元仿真结果反推光纤光栅传感器反射光谱图像规律；根据铝合金薄板孔边区域裂纹扩展到具体长度下的有限元仿真结果，反推横向布贴的光纤光栅传感器反射光谱图像应该呈现出怎样的规律；步骤5：将以上贴有光纤光栅传感器的铝合金薄板安装在疲劳试验机上进行疲劳裂纹扩展试验，在疲劳试验机加载前，采集光纤光栅传感器的信号作为初始信号；随着疲劳加载的进行，孔边裂纹开始扩展，此时通过光学显微镜实时记录不同循环周次下的裂纹长度并利用美国微光公司SM125采集不同裂纹长度饱载下的光谱图像；步骤6：完成试验后，对传感器采集的信号进行处理；主要分析处理光纤传感器采集到的信号数据，分析反射光谱中次峰峰位置在裂纹穿越光纤光栅传感器前、中、后的变化情况，建立基于反射谱次峰峰位置监测铝合金板孔边裂纹扩展的方法；步骤7：重复步骤1‑5，并针对不同铝合金薄板下光纤光栅传感器采集到的响应信号进行分析，验证步骤6中建立的方法；步骤8：实际监测过程中，根据不同位置传感器响应信号反射谱次峰峰位置的不同，判别裂纹是否扩展到该传感器位置，实现实时监测裂纹扩展情况的功能。