基于模態(tài)分析的航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)損傷診斷

徐光　王景霖

摘 要：結(jié)構(gòu)損傷診斷是完成結(jié)構(gòu)損傷識別、定位、標(biāo)定和評價等內(nèi)容。本文以航空發(fā)動機某關(guān)鍵部件為研究對象，首先，對航空發(fā)動機關(guān)鍵部件進行有限元建模分析，并根據(jù)所構(gòu)建的模型，模擬健康和損傷兩種狀態(tài)，選取頻率、振型、頻率和振型相結(jié)合等三種指標(biāo)參數(shù)，采用ANSYS仿真分析與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，對所研究的模態(tài)分析方法進行驗證分析，結(jié)果表明，該方法能夠有效實現(xiàn)對航空發(fā)動機關(guān)鍵部件損傷診斷的效能，同時，依據(jù)振型和頻率相結(jié)合的指標(biāo)參數(shù)完成預(yù)測所得到的效果最優(yōu)。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機; 模態(tài)分析; 參數(shù)估計; 損傷識別; 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.010

0 引言

目前，隨著航空裝備的快速發(fā)展，航空裝備的故障診斷與健康管理技術(shù)也得到了大力的發(fā)展。因而，針對航空發(fā)動機氣路系統(tǒng)和滑油系統(tǒng)，目前常用的故障診斷方法主要是結(jié)合性能參數(shù)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯等方法，完成了發(fā)動機的故障分類，從而完成故障診斷。首先以簡便且經(jīng)濟良好的方法檢測是否已發(fā)生結(jié)構(gòu)損傷，然后根據(jù)檢測結(jié)果，判定是否采用高效的測試與分析工作，對發(fā)動機的結(jié)構(gòu)損傷開展全面的診斷。筆者通過研究發(fā)現(xiàn)，目前，常用的結(jié)構(gòu)損傷識別方法是基于頻率和振型參數(shù)相結(jié)合的損傷識別方法，主要是考慮頻率變化與結(jié)構(gòu)剛性的變化關(guān)系[1]。

本文以航空發(fā)動機風(fēng)扇葉片為具體對象，采用有限元分析方法的重要建?；A(chǔ)，開展航空發(fā)動機的有限元模型分析，并根據(jù)所構(gòu)建模型完成航空發(fā)動機內(nèi)部關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)損傷仿真。

1 監(jiān)測參數(shù)與損傷診斷分析

可用來完成損傷識別的參數(shù)有很多，如結(jié)構(gòu)的固有頻率、振動信號等。以不同的損傷參數(shù)，則將會導(dǎo)致選取不同的方法完成相應(yīng)的損傷診斷。

1.1 結(jié)構(gòu)損傷識別分析

針對航空發(fā)動機開展結(jié)構(gòu)損傷識別分析，所監(jiān)測的參數(shù)中結(jié)構(gòu)振動參數(shù)包含了所需的大量的有用信息。依據(jù)結(jié)構(gòu)振動參數(shù)開展航空故障結(jié)構(gòu)損傷識別過程中，可以采用多種方法，比如最有效的就是對所獲取到的振型參數(shù)前后變化進行比較，根據(jù)比較結(jié)果可以高效地實現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷識別[2]。

2.2 數(shù)據(jù)分析

依據(jù)某型號航空發(fā)動機，結(jié)合ANSYS仿真軟件，建立正常和損傷的模型，獲取相應(yīng)的指標(biāo)參數(shù)，并將獲取到的指標(biāo)數(shù)據(jù)進行分類，其中一部分作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本，另外一部分?jǐn)?shù)據(jù)則用來進行測試，采用相同模型的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對同一個部件的不同位置和不同程度的損傷（未訓(xùn)練過）進行了識別。結(jié)果表明，頻率和振型相組合的指標(biāo)參數(shù)使用的有效信息比較少，是更適用于工程實際且準(zhǔn)確度較高的損傷識別方法。

3 結(jié)論

本文以某型號航空發(fā)動機為具體研究對象，以ANSYS仿真軟件為基礎(chǔ)，在仿真情況下，獲取損傷識別的相應(yīng)的參數(shù)，以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法，對航空發(fā)動機風(fēng)扇葉片損傷進行了診斷，可以看出模態(tài)參數(shù)對損傷預(yù)測的可行性，且振型和頻率相結(jié)合的指標(biāo)所得到的效果最好，對于研究航空發(fā)動機故障診斷及健康管理技術(shù)提供一定的借鑒意義。

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作者簡介：徐光（1975-），男，浙江嵊州人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：機械工程電子。