基於聲發射和數值模型的球軸承點蝕疲勞壽命估計研究

《基於聲發射和數值模型的球軸承點蝕疲勞壽命估計研究》是依託昆明理工大學，由柳小勤擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於聲發射和數值模型的球軸承點蝕疲勞壽命估計研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：柳小勤
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

疲勞點蝕是滾動軸承失效的重要形式，傳統的壽命計算方法離散度太大，缺乏對個體的指導意義。課題以球軸承為對象，針對點蝕形成之前的疲勞早期階段，研究基於損傷建模和聲發射的個體疲勞壽命估計方法，內容包括：①研究點蝕形成過程中微弱聲發射信號的獲取、降噪方法和多源信號分離方法，提高信號質量，進而通過模態聲發射理論、時頻分析等方法揭示信號演化與疲勞進程的關係；②考慮微觀材料非均勻性，構建涵蓋裂紋萌生-擴展-點蝕形成的疲勞損傷演化和壽命估計數值模型，進而引入材料斷裂的能量釋放機制，根據傳遞路徑和彈性波理論，提出疲勞損傷的聲發射輻射仿真模型，並經實驗修正完善；③以聲發射輻射仿真模型為橋樑，建立實測聲發射特徵和疲勞損傷數值模型之間的聯繫，研究利用實測數據改善模型中參數的不確定性，提高疲勞壽命估計的置信度。最終在線上條件下對壽命估計方法進行驗證。項目有助於深化聲發射監測理論基礎，完善軸承壽命評估的方法體系。

結題摘要

課題以球軸承為對象，針對點蝕形成之前的疲勞早期階段，從基於數值模型的損傷過程仿真和基於聲發射測試的實驗手段兩個方面研究了軸承疲勞損傷過程，為軸承個體壽命估計奠定基礎。 在微弱聲發射信號獲取、分析方面：（1）設計並搭建了專用低噪聲軸承疲勞試驗台，縮短故障損傷聲發射信號傳遞路徑，提升監測信號質量；（2）提出針對聲發射信號的二次相關去噪方法，從監測信號中有效提取早期損傷的微弱信號，增強故障特徵；（3）建立了基於到達時間差的軸承損傷幾何定位方法，從聲發射脈衝信號中確定信號來源位置，分離不同損傷信號。 在疲勞損傷過程數值模型方面：（1）針對金屬材料微觀晶格結構，採用Voronoi多邊形方法，研究了軸承接觸疲勞損傷數值模型的建立方法；（2）基於損傷力學，建立了軸承接觸疲勞裂紋產生、擴展的有限元模型，研究了裂紋擴展過程中的能量釋放規律；（3）基於疲勞損傷數值模型，分析了內部結構、材料性能等典型因素對滾動接觸疲勞壽命的影響。 在軸承疲勞損傷信號演化規律及特徵分析方面：（1）開展軸承疲勞損傷全壽命周期實驗，從實驗聲發射信號中分析信號特徵與疲勞損傷階段的對應關係；（2）針對噪聲干擾問題，基於信息熵最佳化VMD研究軸承故障聲發射、振動信號的特徵提取技術，提出位置補償係數的特徵指標與疲勞過程敏感度評估方法；（3）基於最佳核熵數KECA，提出疲勞信息二次融合的特徵指標建立新方法，研究了軸承疲勞演化過程中融合特徵的演化規律。 依託項目研究內容，課題組在《Mechanical Systems and Signal Processing》等SCI檢索國際期刊上發表和錄用論文4篇，在《振動工程學報》、《振動與衝擊》等國內權威EI期刊上發表或錄用學術論文6篇，獲授權發明專利2項，受理髮明專利申請2項。在項目資助下，課題組獲博士學位1人，碩士學位3人，目前1名博士、3名碩士在讀。各項成果達到了課題立項時的要求。