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《南昌航空大学》 2019年
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直升机桨毂裂纹声发射信号特性仿真研究

何攀  
【摘要】:桨毂作为直升机传动系统的核心部件,若未能及时地发现其裂纹萌生,裂纹将在持续的外力作用下发生扩展,给直升机的飞行安全带来巨大隐患。因此,研究如何及时检测出桨毂裂纹的萌生、扩展对保障直升机的安全性和可靠性具有重要意义。本文以有限元仿真软件COMSOL为研究工具,以直升机桨毂为研究对象,针对研究直升机桨毂裂纹声发射检测系统的需要,对直升机桨毂裂纹声发射信号特性进行仿真研究。主要的工作内容和研究成果如下:本文通过分析常用的裂纹声发射源表示方法,计算有限元仿真中时间和空间分辨率的大小,在COMSOL软件中建立了合理的桨毂某钛合金材料二维平板有限元仿真模型,进行仿真运算。并设计断铅声发射实验采集了该钛合金平板上的断铅信号。通过仿真信号的小波时频图、平板中波的理论群速度曲线和实验信号的小波时频图对比,验证了有限元法进行声发射建模仿真的合理性。为了合理设置桨毂三维裂纹声发射信号特性仿真中的声发射源位置,本文首先根据桨毂在实际运行中的受力情况,编制相应的载荷谱,在COMSOL软件中仿真得到了桨毂在受力情况下的薄弱区域。然后,通过COMSOL软件建立仿真三维模型,将裂纹声发射源设置在载荷分布仿真得到的薄弱区域,并在桨毂实际可放置传感器的区域建立一系列网格化的仿真测量点,进行裂纹声发射仿真。仿真得到了桨毂内声发射信号的传播过程图,此外,计算仿真测量点接收到的信号特征参数并绘制其频谱,验证了仿真结果的信号频谱与声源的力源函数相关。最后,通过改变声源在薄弱区域的位置,利用仿真测量点的信号峰值结合信号特征参数对测量点进行筛选与排序。仿真与排序结果为直升机桨毂裂纹声发射检测传感器的位置选取提供依据。本文设计了桨毂某钛合金材料的拉伸试验,采集试件在整个拉伸过程中从初始状态到断裂的声发射信号,结合试验记录的载荷-时间曲线,分析了桨毂材料在断裂过程中声发射信号的幅度、能量、振铃计数、到达时间及频谱的变化。分析结果表明,声发射信号的特征参数变化与材料内部结构变化具有一定的联系,该钛合金断裂过程的声发射信号频谱主要集中在130kHz-180kHz,但在不同力学阶段下频谱有所差异。
【学位授予单位】:南昌航空大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TP391.9;V275.1;V215.6

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