基于失效模式的起重装备服役健康监测

第 章 绪论1 

1.1 起重装备发展趋势及其特点1 

1.2 国内外结构健康监测发展现状5 

1.3 起重装备健康监测体系构建10 

1.4 本书主要内容11 

第 章 起重机类型及典型失效模式12 

2.1 概述12 

2.2 起重机的类型12 

★ 2.2.1 桥架型起重机12 

★ 2.2.2 臂架型起重机16 

★ 2.2.3 缆索型起重机18 

2.3 起重机的构成20 

★ 2.3.1 桥架型起重机的组成20 

★ 2.3.2 臂架型起重机的组成22 

★ 2.3.3 缆索型起重机的组成26 

2.4 起重机典型失效模式分析28 

★ 2.4.1 金属结构典型失效模式分析28 

★ 2.4.2 零部件典型失效模式分析28 

★ 2.4.3 机构典型失效模式分析30 

2.5 事故案例31 

第 章 起重装备结构应力状态光纤 

光栅监测33 

3.1 概述33 

3.2 光纤光栅传感器监测基本原理与传感 

特性33 

★ 3.2.1 光纤光栅传感基本原理34 

★ 3.2.2 光纤光栅温度特性37 

★ 3.2.3 光纤光栅应变特性38 

★ 3.2.4 光纤光栅温度应变交叉敏感 

特性39 

★ 3.2.5 典型光纤光栅应变传感器40 

3.3 FBG应变传感器的应变传递机理42 

★ 3.3.1 表面粘贴式FBG应变传感 

器应变传递机理42 

★ 3.3.2 埋入式FBG应变传感器应 

变传递机理44 

3.4 常用的光纤布拉格光栅解调方法45 

★ 3.4.1 基于光纤F-P可调谐滤波法45 

★ 3.4.2 基于光谱仪检测的解调技术46 

★ 3.4.3 非平衡Mach-Zender干涉法46 

3.5 FBG传感器性能退化分析47 

★ 3.5.1 热导致的FBG传感器性能 

退化47 

★ 3.5.2 应力导致的FBG应变传感 

器性能退化47 

3.6 工程应用48 

第 章 起重装备结构疲劳损伤磁 

效应监测56 

4.1 概述56 

4.2 结构疲劳损伤演化过程及度量56 

★ 4.2.1 疲劳损伤过程的不同阶段56 

★ 4.2.2 位错对结构疲劳损伤的影响57 

★ 4.2.3 结构疲劳中的累积损伤理论60 

4.3 结构疲劳损伤和磁滞特性关系理论62 

★ 4.3.1 金属结构的磁化特性62 

★ 4.3.2 磁化效应J-A理论模型63 

★ 4.3.3 疲劳损伤与磁滞特性的关系 

分析65 

4.4 起重装备结构疲劳损伤磁监测试验平台67 

★ 4.4.1 疲劳损伤磁监测装置67 

★ 4.4.2 磁传感器67 

★ 4.4.3 疲劳损伤磁监测试验平台68 

4.5 起重装备结构疲劳损伤磁监测试验69 

★ 4.5.1 磁传感器的磁路分析69 

★ 4.5.2 结构疲劳损伤不同时的磁滞 

回线70 

★ 4.5.3 磁滞回线磁参量与疲劳损伤的 

关系71 

★ 4.5.4 多组试件的疲劳损伤磁监测 

试验结果72 

第 章 起重装备结构疲劳裂纹超声 

导波监测75 

5.1 概述75 

5.2 超声导波基本理论75 

★ 5.2.1 超声导波基本概念75 

★ 5.2.2 自由板中的超声导波76 

★ 5.2.3 超声导波频散方程78 

5.3 超声导波监测传感技术与系统82 

★ 5.3.1 超声Lamb波监测原理82 

★ 5.3.2 超声Lamb波传感器83 

★ 5.3.3 传感器阵列技术84 

★ 5.3.4 超声导波监测系统85 

5.4 超声导波监测信号分析与处理技术86 

★ 5.4.1 频谱分析技术87 

★ 5.4.2 时频分析技术87 

5.5 超声Lamb波缺陷定位成像技术89 

★ 5.5.1 基于损伤概率成像算法的层 

析成像原理89 

★ 5.5.2 圆弧成像原理90 

★ 5.5.3 椭圆成像原理91 

5.6 金属板结构超声导波监测试验91 

第 章 起重装备结构损伤演化声 

发射监测95 

6.1 概述95 

6.2 声发射监测理论基础96 

★ 6.2.1 声发射波的传播96 

★ 6.2.2 凯赛尔效应和费利西蒂效应98 

★ 6.2.3 声发射监测原理98 

6.3 声发射监测传感技术99 

★ 6.3.1 传感器工作原理99 

★ 6.3.2 传感器的类型99 

★ 6.3.3 传感器的结构100 

6.4 声发射信号处理方法100 

★ 6.4.1 声发射信号的参数分析方法100 

★ 6.4.2 其他信号处理方法103 

6.5 典型声发射监测系统105 

★ 6.5.1 声发射监测系统105 

★ 6.5.2 基于光纤传输的声发射监 

测系统108 

6.6 声发射监测技术的实验及应用109 

第 章 起重装备减速机运行状态 

健康监测116 

7.1 概述116 

7.2 起重装备减速机失效模式116 

7.3 起重装备减速机运行状态监测技术120 

7.4 起重装备减速机振动基本原理124 

★ 7.4.1 齿轮减速机振动125 

★ 7.4.2 轴承振动129 

7.5 起重装备减速机振动监测系统131 

★ 7.5.1 振动监测系统概述131 

★ 7.5.2 常用振动传感器132 

★ 7.5.3 模拟信号调理135 

★ 7.5.4 模数转换135 

7.6 起重装备减速机振动监测信号分析136 

★ 7.6.1 振动监测信号的时域分析136 

★ 7.6.2 振动监测信号的频域分析140 

★ 7.6.3 现代信号分析技术143 

7.7 起重装备减速机振动监测标准144 

第 章 起重装备制动器运行状态 

健康监测146 

8.1 概述146 

8.2 制动器典型失效模式及失效机理分析146 

★ 8.2.1 制动器典型失效模式146 

★ 8.2.2 制动器失效机理分析146 

8.3 制动器运行状态监测内容149 

8.4 起重装备制动器性能监测系统151 

★ 8.4.1 监测系统整体设计151 

★ 8.4.2 基于多变量传感器的制动 

器性能监测系统154 

第 章 起重装备电气控制系统 

运行状态健康监测156 

9.1 概述156 

9.2 电气部件的故障分析156 

★ 9.2.1 断路器的故障分析156 

★ 9.2.2 继电器的故障分析1