Page 61 - 无损检测2024年第十期

2024 远东无损检测新技术论坛论文精选
2024 远东无损检测新技术论坛论文精选

DOI：10.11973/wsjc240385

基于小波时频分析的疲劳损伤定量表征

林丛林，方 舟
（福州大学 电气工程与自动化学院 无损检测与评价实验室，福州 350108）

摘 要：许多机械部件中的圆管结构长期在交变应力的工况下服役，容易出现疲劳裂纹，最终
导致材料失效酿成事故。非线性超声能够表征疲劳裂纹的损伤程度，而表征损伤程度的非线性系
数的提取方法尤为重要。提出一种基于小波变换的时频信号处理方法用以提取疲劳裂纹产生的非
线性信号并以此计算非线性系数。首先，分析了多种小波基进行小波变换处理后得到的非线性系
数间的量化关系；其次，利用仿真得到带有疲劳裂纹的圆管中的非线性超声导波信号，比较各类非
线性系数提取方法得到的不同频率分量幅值随时间变化的信息；最后，建立疲劳裂纹损伤程度与各
类方法得到的非线性系数间的量化关系。试验结果表明，所提方法得到的非线性系数能够更好地
表征疲劳裂纹的损伤程度。
关键词：疲劳裂纹；小波变换；非线性系数；有限元仿真
中图分类号：TG115.28 文献标志码：A 文章编号：1000-6656(2024)10-0027-07

Quantitative characterization of fatigue damage based on wavelet time-frequency analysis

LIN Conglin, FANG Zhou
（Nondestructive Testing and Evaluation Laboratory, College of Electrical Engineering and Automation,
Fuzhou University, Fuzhou 350108, China）

Abstract: In many mechanical components, cylindrical structures are often subjected to alternating stress
conditions, making them susceptible to fatigue cracks, ultimately leading to material failure and accidents. Nonlinear
ultrasound can characterize the damage degree of fatigue cracks through a nonlinear coefficient, accurately extracting
the fundamental frequency and second harmonic from the signal is crucial. This paper proposed a time-frequency signal
processing method based on wavelet transform to extract the fundamental frequency and second harmonic signals.
Firstly, the quantitative relationship between the nonlinear coefficients obtained by wavelet transform processing
on various wavelet bases and the degree of fatigue crack damage was analyzed. Secondly, the simulation was used
to obtain the nonlinear ultrasonic guided wave signal in the circular tube with fatigue cracks, and the nonlinear
coefficients calculated by other time-frequency analysis methods were compared. Finally, a quantitative relationship
between the fatigue crack damage degree and the nonlinear coefficients obtained by various methods was established,
proving that the nonlinear coefficients calculated by the proposed method can better characterize the fatigue crack
damage degree.
Key words: fatigue crack; wavelet transform; nonlinear coefficient; finite elements simulation

液压油管以及高速列车车轴等圆管结构长期

收稿日期：2024-08-15 在交变应力的工况下服役，应力集中的位置容易出
基金项目：国家自然科学基金（52205557） ；福建省国家自然科学 现裂纹，最终造成管道失效 。超声导波作为一种
[1]
基金（2023J05107）
快速、简便、长距离的无损检测方法，广泛应用于
作者简介：林丛林（1999—），男，本科，主要研究方向为超声导波
圆管结构的缺陷检测。传统的线性超声对疲劳裂
无损检测与评估
纹不敏感，而非线性超声对疲劳裂纹有较高的灵敏
通信作者：方 舟（1988—），男，副教授，主要研究方向为超声导
[6]
波无损检测与评估以及智能传感器设计，fz@fzu.edu.cn 度 [2-5] 。LIM 等研究了二次谐波的产生需要满足的
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2024 年 第 46 卷 第 10 期
无损检测