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第1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2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3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4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5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6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7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8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9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157

9.2.3 电动机的故障分析158

9.2.4 变频器的故障分析158

9.2.5 PLC的故障分析159

9.3 电气控制系统关键部件状态监测160

9.3.1 接触器的运行监测160

9.3.2 电动机的运行监测162

9.3.3 变频器的运行监测163

9.3.4 PLC的运行监测164

9.3.5 其他部件及工作参数的运行监测165

9.4 起重装备电气控制系统运行状态健康监测系统165

9.4.1 系统设计的目标与原则165

9.4.2 系统总体架构165

9.4.3 系统硬件组成166

9.4.4 系统软件设计170

9.4.5 工程应用170

第10章 面向云服务的起重装备健康监测一体化系统176

10.1 概述176

10.2 云计算相关理论及技术176

10.2.1 云计算的基础知识176

10.2.2 云计算的关键技术179

10.2.3 云计算架构的服务模式182

10.3 起重装备健康监测一体化系统184

10.3.1 系统总体设计184

10.3.2 系统软件设计186

10.4 基于健康监测的起重装备云平台187

10.4.1 云平台基础架构设计187

10.4.2 云平台功能模块划分188

10.4.3 业务流程分析与数据库设计190

10.5 工程应用191

参考文献194