李全坤,景兴建

1. 西北工业大学 动力与能源学院,西安 710129

2. 香港理工大学 机械工程系,香港 999077

航空航天工程中的机械结构经常遭受线性故障(腐蚀和剥落等)和非线性故障(螺栓松动和疲劳裂纹等)[1-4]。例如,飞机结构中焊接位置经常出现裂纹和腐蚀故障,火箭结构中易产生疲劳裂纹和断裂等故障,卫星结构连接处往往出现螺栓松动等故障。这些故障不仅影响机械结构的完整性而且可能危害使用者和维修者的生命安全。因此,故障诊断在提高机械结构的可靠性,减少使用者的维修成本以及优化维护团队的维修策略等方面是非常重要和必要的。

故障诊断的主要目的是估计机械结构在各种载荷环境和工况条件下的状态,总共可以分为环境评估、数据获取、特征提取和故障诊断4个过程[5-8]。环境评估过程主要是估计待测机械结构的周围环境及工况条件,数据获取过程主要涉及传感器类型和安装、数据测量和预处理,下一个过程是运用各种算法提取故障结构的故障特征,最后一个过程是利用提取的故障特征实现故障的诊断。对于最后的故障诊断过程,学者Rytter[9]将其划分为故障识别(故障存在与否)、故障定位(故障位置信息)、故障评估(故障严重程度)及寿命预测(结构剩余寿命)4个阶段。4个阶段的层次关系非常清楚,后一级层次需要前一级层次的所有信息。

基于振动的故障诊断特征是结构属性(质量、阻尼和刚度)的函数,故障引起的任何属性变化都会反映到相应的故障特征和识别因子当中,因此可通过故障特征和识别因子的变化判断结构中故障的情况,这是故障诊断方法所依据的基本原理[10-15]。……