基于有限元法的局部损伤悬臂梁的裂纹监测

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Crack Detection in Cantilever Bearn with a Local Damage Based on FEMWANG Lingjuan(Suqian Colege，Suqian Jiangsu 223800，China)Abstract：By simplifed the damaged crack as a rectangle groove，the model of a cracked cantilever beam was established.Thenatural frequencies and model shapes were computed by the Finite Element Method(FEM)for various crack locations and depths inthe cantilever beam，and compared with the experimental values. Th e result shows that the change of dynamic characteristic oncracked cantilever beam is evident.Th e natlrafrequency drops drastically with increasing of the crack depth.The natural frequencyis much bigger when the crack is far apart from the fixed ends.Th e researeh results provide the theoretical background for health moni-toting and diagnosis of crack in stmcmres。

Keywor ：Natural frequency；Crack；Damage identifcation；FEM由于材料老化、环境加载、疲劳、过载等因素的影响，结构不可避免地产生损坏，所以对结构进行健康监测及对其受到的损伤进行评价是非常必要的。裂纹是-种重要的结构损伤形式，因此，对裂纹进行实时监测，对保证结构的安全使用具有重要意义。目前，对结构裂纹的无损检测主要有声发：射法、振动诊断法、射线诊断法、超声波诊断法、涡流诊断法、光学诊断法、漏磁诊断法和红外诊断法等 。其中基于结构动力学的振动诊断法信号非常易：于提取，探测器可安装在人们不易接近的结构部位。

文中建立了裂纹悬臂梁的有限元模型，针对裂纹位置和深度对固有频率及模态振型的影响进行了深入研究，并依据悬臂梁的实测数据进行了对比验证。

1 实验装置为了测量悬臂梁 (如图 1所示)自由横向振动的模态响应 ，设计了如图2所示的实验装置，测量不同深度和不同位置的裂纹悬臂梁的固有频率。悬臂梁的上方用磁铁固定了-个压电式加：逮度计，通过加速度计振动信号被转换为电信号，然后被放大传输到动力学分析仪。信号经过分析和处理后可获得悬臂梁的固有频率。实验开始时，给悬臂梁-个快速的扰动来满足初始自由振动的条件。

图1 裂纹悬臂梁图2 实验装置示意图2 三维悬臂梁的裂纹动力学分析某受损悬臂梁的模型如图1所示，采用大型有限收稿 日期：2012-02-23作者简介：王玲娟 (1979-)，女 ，硕士，讲师，主要从事机械动态设计的研究和教学工作。E-mail：jssqwlj###163.com。