基於聲發射傳播特性與彈性波反演的風機故障診斷研究

《基於聲發射傳播特性與彈性波反演的風機故障診斷研究》是依託清華大學，由盧文秀擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於聲發射傳播特性與彈性波反演的風機故障診斷研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：盧文秀
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目針對大型風機安全運行的需要，利用聲發射信號對微弱故障敏感、抗干擾能力強等優點，將其套用於風機齒輪箱和葉片的故障檢測與識別。通過理論、仿真和實驗研究，建立風機齒輪箱和葉片的聲發射傳播模型，研究不同模態及頻率聲發射波在複雜結構（齒輪箱）和複合材料（葉片）中的傳播特性；在實驗研究風機典型故障如轉軸裂紋、齒輪裂紋、斷齒、軸承損傷、葉片裂紋作用下的聲發射多模態組成基礎上，建立典型故障的聲發射模型，研究不同位置、尺寸及損傷量對聲發射特徵的影響；研究多模態故障聲發射信號通過不同傳播界面（包括發生故障和損傷的不規則界面）的模態轉換及干涉、耦合作用下的波場分布；通過對波場信息進行多尺度小波變換提取低信噪比條件下的模態信號，反演傳播介質中引起物理、力學參數突變的缺陷、不連續分層等具有強散射特徵的界面的分布和結構等幾何特徵，確定聲發射源（也就是故障位置）。

結題摘要

本項目針對風電裝備安全運行的需要，研究基於聲發射技術的風電齒輪箱和葉片的故障診斷。首先，研究了聲發射信號在風電裝備中的傳播特性，建立了聲發射信號在結構軸和點接觸中的傳播模型，使用ANSYS-DYNA仿真研究了聲發射信號在軸承和轉子系統中的傳播特性；基於三維彈性理論對單層碳纖維複合材料層合板相群速度分別進行建模，利用傳遞矩陣法給出了複合材料層合板的相群速度頻散特性。其次，分析了故障和損傷下的聲發射故障機理，研究了齒輪箱常見齒輪和軸承故障、複合材料葉片基體開裂、纖維斷裂等的聲發射信號特徵，實驗研究了不同模態和頻率的聲發射信號經過不同位置、尺寸及損傷量的波形特徵、傳播時間和衰減特性。最後，研究了基於聲發射技術的典型故障診斷，通過Morlet小波變化提取了複合材料葉片損傷以及齒輪箱行星輪故障的聲發射特徵，通過反演獲得了故障的位置；研究了碰摩故障的聲發射信號特徵，並確定了碰摩故障導致的特徵頻率。本項目共發表論文6篇，其中SCI收錄1篇，EI收錄4篇，培養博士研究生2人，碩士研究生4人，獲得高等學校自然科學獎一等獎1項。