应用振型识别叶片裂纹故障初探

给出了一种应用叶片的弯曲振型识别叶片裂纹的方法。假设叶片为无扭曲的矩形等截面悬臂梁,同时将裂纹看成沿叶宽等深度扩展的开口裂纹,最后对应用该法检测叶片裂纹的可行性进行了探讨并提出了建议。     

基于拐点检测的椭圆弧叶型前后缘评定算法

叶片前后缘的形位对叶片气动性能有着显著影响,且其分割结果也严重影响特征参数的精密计算。现有的叶片前后缘分割算法大多基于拓延算法的实现与改进,但是拓延算法本身尚不能自适应叶型截面尺寸来分割点云,而后续的改进算法在轮廓线误差控制上仍有待加强。针对叶片截面线前后缘的点云精确分割问题,参照椭圆弧叶型的造型设计特点,提出了基于拐点检测的前后缘评定算法。通过对截面线点云旋转、截取、顺时针排序以及拐点检测处理,实现了在高精度测量条件下对叶片前后缘的精确分割。最后设计了对比实验,验证了本文算法可以定性地分割叶片前后缘,并在线轮廓误差上保持了较低水平;论证了在逐点拓延椭圆拟合过程中,从凹性点即开始影响线轮廓误差。     

基于剪枝和去噪的航空发动机故障图像识别与预测

航空发动机叶片作为航空器重要的零件,其健康状况直接关系到航班的运行安全。叶片由于工作环境恶劣很容易产生裂纹、掉块、烧灼等损伤,目前基于孔探技术的叶片损伤检测以人工为主,检测结果在很大程度上受到人为因素的影响。因此,实现叶片损伤的自动识别及测量对于减轻劳动强度和提高检测精度都有实际的应用价值。首先选择PRIDnet图像去噪算法对原始孔探图像进行预处理,按照训练精度和训练速度两个指标对传统目标检测模型进行通道剪枝和微调。数据集采用国内某航空公司获取到CFM56型发动机在实际运营后机务人员所拍摄的孔探图像,实验结果表明,相比于原始目标检测YOLOv5算法和未经图像预处理的目标检测模型,本方法对航空发动机孔探图像内损伤的检测精度提高4%～10%,在检测效率上提高6%～20%。     

基于增量式孤立森林的液体火箭发动机异常检测方法

为解决液体火箭发动机故障标签缺失条件下流数据无监督检测问题,以及满足不同发动机台次和不同工况的自适应检测需求,基于增量学习思想,提出了基于增量式孤立森林的异常检测算法。设计了多工况流数据检测条件下的在线更新策略、异常分数表达式,并通过更新停止策略避免故障数据对模型的污染。利用多台次试车数据对该模型进行验证,并与传统方法进行比较,结果表明,该算法能够对样本异常程度进行量化评价,能够有效检测早期缓变故障,其F₁指标较原始孤立森林算法提高了43%,检测及时性优于红线算法和自适应阈值算法。     

几种常用步态检测典型算法的设计比较

基于步态检测技术是影响行人导航定位系统精度的一项关键因素,在研究了相关行人导航文献后,对行人步行状态建立模型,并选取了三种常见的步态检测算法,峰值检测算法、自适应峰值检测算法和零点检测算法,介绍分析了这几种算法的基本原理和设计思路。随后,在相同的环境下,基于同样的设备和测试者,设置几组不同的步行状态,分别使用三种算法对行人的运动步数进行测试统计。最后,比较测试结果,分析说明了三种算法的精确度以及各自的优缺点。     

基于改进CLAHE的航空发动机导向叶片DR图像增强

为了解决航空发动机导向叶片数字射线（DR）检测图像信息动态范围大、对比度低、细节信息不明显,缺陷区域难以识别的问题,提出一种改进型限制对比度自适应直方图均衡化（CLAHE）算法。采用CLAHE增强导向叶片DR图像对比度,同时引入基于空间均值滤波器的Gaussian掩模处理,进行DR图像降噪,提取DR图像的低频信息;采用CLAHE增强的图像与提取的DR图像低频信息线性做差,突出DR图像的高频细节信息;与CLAHE增强的图像线性叠加,进一步提高了DR图像的对比度,实现导向叶片DR图像增强。依据图像基本空间分辨率（SRB）、信噪比（SNR）、灰度平均值对DR图像增强效果进行评价。结果表明: 改进的CLAHE算法,可以同时将表征SRB的D13双丝线对应的调制深度值从49.17%提高到了56.08%,整体灰度平均值从32 400.66增加到了38 684.43,02号微小裂纹缺陷的SNR从14.10提升到了15.16。结果显示优化的CLAHE算法,相比自适应直方图均衡化（AHE）等4种经典的航空发动机导向叶片DR图像增强算法,不仅提高了平坦区域对比度,突显了边缘细节信息,而且有效提升了微小缺陷的视觉效果。     

直升机涡轴发动机叶片损伤检测与定量评估

针对某型舰载直升机涡轴发动机第1级压气机叶片无法实现损伤原位检测与定量评估的技术难题,结合实际工况,选 取涡流检测作为原位无损检测方法,进行涡流检测定量评估方法研究。通过设计专用传感器和预制人工裂纹的试块,根据传感器 检测情况,利用相位转化法得到人工缺陷的涡流检测幅值。采用正态概率分布和一元线性回归分析进行定量评估,得到涡流检测 阻抗平面缺陷与检测信号的定量关系,解决了涡流检测仪阻抗平面显示标定定量评估的难题。对定量关系进行了检验,结果表 明：所设计的专用传感器可有效解决第1级压气机叶片裂纹缺陷的检测问题;得到的定量关系y=585.29x-51.531符合实际情况,将 该定量方法用于涡流检测仪进行定量评估,可实现自动评估,对实际应用具有指导意义。     

DD6 合金涡轮叶片裂纹失效分析

为了确定DD6 合金涡轮叶片在工作过程中叶身排气窗处产生的裂纹的性质和产生原因,对裂纹叶片进行了外观检查、 断口分析、成分分析和组织分析。结果表明：DD6 合金涡轮叶片裂纹是叶片排气窗间隔墙内腔转接部位再结晶引起的疲劳开裂,再 结晶晶粒产生于叶片生产过程中固溶处理之后;叶片其他排气窗间隔墙内腔表面存在小裂纹,是在叶片生产过程的再结晶检测工 序中腐蚀液流进内腔侵蚀再结晶晶粒边界所致;并通过模拟试验再现了再结晶晶粒和小裂纹的产生。提出了增加叶片内腔再结晶 检测控制、改进叶片排气窗结构或铸造工艺的建议。     

飞机蒙皮裂纹的数学形态学识别方法

提出了一种基于数学形态学的飞机蒙皮裂纹磁光图像检测方法。首先应用内距均值法确定磁光图像中类圆形铆钉区域的圆形参数,然后利用自适应线性星形形态学腐蚀算子分割裂纹缺陷。其中,以四点方向快速定位法确定腐蚀算子的方向,并用中心对称法处理裂纹缺陷区域粘连的情况,最后,根据备选区域相关特征进行分类,判别缺陷存在及其特征参数。实验结果表明：算法在检测裂纹的多种特征方面具有优越性。     

足绑式PNS自适应滑动平均零速区间检测方法

针对足绑式个人导航系统（PNS）中,传统的滑动平均算法对零速区间检测的延迟问题,设计了一种基于自适应滑动平均算法,对零速区间进行检测。首先对比力模值和角速率模值进行滑动平均,根据平均后数据的变化趋势,通过比较样本方差,设置一个自适应的滑动时间窗口来判断行人是否静止。该方法既能避免由于平滑算法带来的延时问题,又能够消除抖动干扰造成的误检,从而得到准确的零速区间。行走实验验证了本文方法的有效性,自适应滑动平均算法的导航精度提高了50%。     

裂纹扩展的无网格数值模拟方法

疲劳断裂是航空材料的重要失效形式 ,由于裂纹尖端应力存在奇异性 ,传统有限元方法模拟裂纹沿任意路径扩展存在很多不足。作为一种新兴的数值模拟方法 ,无网格计算只需将求解问题离散为独立的节点 ,计算过程中可以实时跟踪裂纹尖端区域进行局布细化。将连续的裂纹扩展过程看作多个线性增量 ,每一个增量内裂纹扩展角根据应力强度因子确定 ,通过在裂纹尖端细化节点和引入外部基函数提高了计算精度。本文给出了应用无网格方法模拟裂纹扩展过程的关键技术和计算流程 ,通过对带有中心斜裂纹的 Ti-6 Al-4 V合金平板进行分析 ,预测得到的裂纹扩展路径与实验值吻合的较好。     

图像处理技术在疲劳裂纹长度测量中的应用

研究材料的疲劳断裂特性,对产品结构设计和寿命预估计具有重要意义。试验中常需测量裂纹扩展长度,以确定裂纹长度与循环载荷次数的关系。在多孔铝合金板疲劳试验过程中,采用先进的图像数据采集和处理技术来测定疲劳裂纹的实际长度,拍摄不同循环次数下疲劳裂纹扩展的CCD图像;基于MATLAB软件,采用OTSU算法和形态学方法,把CCD图像转换成二值图并进行细化处理,得到裂纹扩展骨架图;用链码方法计算出裂纹像素长度,最后根据标定系数便可获得裂纹的实际长度。与显微镜测量裂纹方法比较,该方法具有精度高、非接触、可保存裂纹扩展状态等特点。     

人工槽模拟GH4169涡轮盘表面裂纹缺陷的微磁检测

针对航空发动机涡轮盘表面裂纹缺陷,提出一种地磁场环境下的微磁无损检测(NDT)方法。磁化试验测得了广泛使用的镍基高温合金GH4169材料的磁化特性曲线,通过磁性分析,证明该材料的相对磁导率略大于空气的相对磁导率,为弱顺磁性物质。理论分析了微磁检测适用于涡轮盘试件的检测原理和缺陷处的磁异常特征,通过对预置人工槽缺陷的涡轮盘试块进行检测,验证了理论分析的正确性。检测结果表明,随着涡轮盘表面裂纹宽度和深度的增加,磁异常的宽度和峰值也相应增加,裂纹宽度相同时,深度越深,或者说深宽比越大,磁异常越明显,且裂纹产生的位置对定位精度存在一定的影响。该微磁检测方法为涡轮盘表面裂纹缺陷的有效检测提供了新的思路,能进一步推广应用于飞机发动机的其他部件,如转子叶片、涡轮轴等,以及飞机机身上具有相似磁学特性的材料的无损检测。     

确定相对小裂纹da/dN公式系数的计算反推法

以谱载下相对小裂纹尺寸范围的(a,t)数据为依据,选择适当的裂纹扩展计算程序,以试验与计算寿命的偏差平方和SSE为目标函数,采用直接寻优方法(搜索法)进行优化,从而实现用计算反推法确定相对小裂纹da/dN公式系数,用以代替难度高、耗资大的试验测定,对耐久性分析的DCGA的应用意义重大。     

移动质量法结合分形维数的旋转梁损伤检测

旋转梁结构广泛应用于航空工程领域,其健康状况直接关系着航空器的飞行安全,对旋转梁结构进行损伤检测能够及时发现损伤,从而避免因结构损伤而造成的重大损失。以变截面旋转裂纹梁为研究对象,通过移动质量法结合分形维数理论进行损伤检测。首先建立质量块-裂纹梁模型,计算得到固有频率随质量块位置变动曲线;然后运用分形维数理论得到固有频率曲线的分形维数曲线,进而识别出梁的损伤位置及其损伤程度;最后讨论裂纹位置、损伤程度、附加质量块大小以及转速对损伤检测的影响。结果表明:所提出的将移动质量法与分形维数理论相结合来进行损伤检测的方法,能够准确地识别损伤位置,还能够定性地反映出损伤程度。     

一种多部位损伤全寿命分析的工程方法

提出了一种多部位损伤全寿命分析的工程方法,该方法包含3部分内容。对多裂纹萌生问题,通过研究多细节结构中裂纹萌生机理,将裂纹萌生寿命的取值事件转化为3个独立事件的积事件,前者的发生概率等于3个独立事件发生概率的乘积,3个独立事件的发生概率可由单细节结构裂纹萌生寿命的概率分布求得。从而可由单细节结构裂纹萌生寿命概率分布得到多细节结构中依次出现的各条裂纹的萌生寿命的概率分布。对多裂纹扩展问题,先通过有限元方法计算出多裂纹指定长度组合下的应力强度因子,然后引入响应面法,定量地建立了裂纹长度与应力强度因子之间的函数关系,由响应面模型得到多裂纹任意长度组合下的应力强度因子,最后采用循环接循环法进行裂纹扩展分析。对多裂纹结构失效分析,采用亚临界条件判断结构是否失效,认为结构上萌生的首条裂纹与第2条裂纹的位置相邻,裂纹发生首次连通时,结构失效。进行了单细节带孔板与多细节带孔板的裂纹萌生扩展试验,并对多细节带孔板的裂纹萌生扩展寿命和首次裂纹连通寿命进行了预测。预测结果和试验结果吻合良好,表明该方法是有效的。     

C-T曲线通用性分析和试验研究

提出了疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线(C-T曲线)通用性分析的C值直接对比法和C-T曲线参数统计对比法,并进行相关试验研究,得到了C-T曲线和载荷谱、应力水平以及裂纹尺寸基本无关的结论。C-T曲线是进行腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定和分析的基础,为验证分析C-T曲线和载荷谱、应力水平以及裂纹尺寸的相关性,从C的定义和分布规律出发,提出了C值直接对比法和C-T曲线参数统计对比法,近似谱、不同恒幅应力水平以及不同指定裂纹尺寸下的预腐蚀疲劳寿命数据均表明了C-T曲线基本具有通用性;并进行了某型飞机结构主梁模拟试件在随机谱及恒幅谱下的预腐蚀疲劳试验,试验结果同样验证了上述结论,从而说明了C-T曲线的通用性。     

基于参数自适应变分模态分解的行星齿轮箱故障诊断

针对变分模态分解需要人为设定模态数量以及在强噪声情况下容易造成分解错误的问题,提出了依据功率谱密度极值点自适应确定模态数量与中心频率的参数自适应变分模态分解方法,通过信号仿真分析验证了方法的有效性。基于参数自适应变分模态分解提出了一种行星齿轮箱故障诊断方法,应用于行星齿轮箱第2级太阳轮裂纹的故障诊断,行星齿轮箱传动实验台的试验结果表明:该方法能实现振动信号准确分解,有效提取和辨别出故障特征频率,实现了在强背景噪声和微弱故障信号情况下对第2级太阳轮裂纹故障的准确诊断。      

结构可靠性定寿模型

 本文提出一新的结构可靠性定寿模型,它综合考虑了安全寿命设计、损伤容限设计和无损检测的可靠性。根据该模型可以合理确定结构具有高可靠度的使用寿命和检修周期。     

热障涂层表面裂纹水浸超声检测

为有效检测热障涂层(TBCs)表面裂纹,进行了热障涂层表面裂纹水浸超声检测技术的应用研究。以常用的大气等离子喷涂(APS)热障涂层作为试验材料,采用水浸超声检测回波声程差和C扫描图像对不同深度、宽度和长度的热障涂层表面裂纹进行了表征。结果表明:热障涂层基体材料对热障涂层表面裂纹的检测效果无明显影响;通过优化检测参数和合理选用仪器探头,利用水浸超声方法可实现对热障涂层表面深度为0.1 mm、长度为2 mm裂纹的有效检测;水浸超声检测技术可以获得裂纹的长度、深度参数,是解决热障涂层表面裂纹检测问题的有效方法。