[发明专利]一种基于光纤光谱图像分析的孔边裂纹诊断方法

摘要

一种基于光纤光谱图像分析的孔边裂纹诊断方法，步骤如下1选择试验件，并对试样件进行设计；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FBG传感器反射光谱图像规律；5将以上贴有光纤光栅FBG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对光纤光栅FBG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实现裂纹的实时监测；通过以上步骤，实现了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研究,达到了诊断孔边裂纹长度的研究效果，解决了工程应用中关于铝合金板孔边裂纹长度的定位问题。

主权项

一种基于光纤光谱图像分析的孔边裂纹诊断方法，其特征在于：其具体步骤如下：步骤1：选择试验件，并对试样件进行设计，在试样件中心区域预制一预定直径的中心孔并在孔边一侧预制一预定长度裂纹；步骤2：对试样件进行结构力学分析，分析试样件两端的受力情况，并对试样件进行有限元仿真分析确定该裂纹扩展到具体长度下的裂纹尖端区域的应力分布情况；在有限元分析前需确定外界加载条件及试样件材料、弹性模量各相关参数，明确监测的裂纹长度；根据已确定的试验条件，对试样件利用有限元仿真软件即ANSYS软件进行有限元仿真分析，得到裂纹扩展到不同长度时裂纹尖端附件区域的应力值；步骤3：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，在与裂纹扩展方向垂直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FBG传感器的位置坐标(xi,yi)，使布置的光纤光栅FBG传感器可以明显的感知裂纹尖端的应力变化；步骤4：根据有限元仿真结果反推光纤光栅FBG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来反推不同位置的FBG传感器的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FBG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FBG传感器的信号作为初始信号；随着疲劳加载的进行，疲劳裂纹开始扩展，此时通过光学显微镜观察裂纹扩展情况，实时记录裂纹长度每增加1mm时的循环周次并在疲劳试验机处于饱载的情况下利用美国微光SM125采集不同裂纹长度下的光谱图像；步骤6：完成试验后，对光纤光栅FBG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FBG传感器前中后的变化情况，并和步骤3中根据有限元仿真结果反推的反射光谱图像进行对比验证，建立基于光纤光栅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，并针对不同试样下FBG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：实现裂纹的实时监测；实际监测过程中，根据不同位置FBG传感器反射谱中次峰峰位置的不同，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；通过以上步骤，实现并解决了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的方法,达到了诊断孔边裂纹长度的研究效果，解决了工程应用中关于铝合金板孔边裂纹长度的定位问题。