文献综述
1.课题研究的背景
随着现代科技的发展，机械结构在人们的生产生活中扮演着越来越重要的角色，人们出行使用的交通工具，航空航天等领域都离不开机械结构。然而机械结构免不了会受到损伤，结构裂纹就是常见的结构损伤之一，为了能够了解机械结构的剩余寿命，准确快速的结构裂纹扩展预测就显得尤为重要。例如在航空方面，准确的预测航空金属结构裂纹扩展到临界状态的时间可以省去需要定期人工检测的麻烦，也能够预测何时结构部件需要更换，避免过早的更换还有剩余寿命的零件以节省费用，另外便于工程人员提前做好准备。
正因为结构裂纹预测有着很高的社会经济价值，已经有了许多与其相关的研究：
2．课题研究的现状
Bahloul等[1] 提出了用于裂纹扩展分析的改进的机械驱动力参数，并通过实验研究发现改进的机械参数即所谓的残差校正应力强度因子可以更好地预测疲劳寿命。刘建涛等[2] 通过比较现有长疲劳裂纹扩展速率模型的特点，提出了一种新的模型，称为长疲劳裂纹扩展速率的广义passivation-lancet模型（GPLFCPR），以及表征裂纹扩展速率过程的通用公式。 基于passivation-lancet理论。 GPLFCPR模型克服了现有模型的缺点，可以有效地用明确的物理意义描述整个从裂缝阈值到临界压裂点的疲劳裂纹扩展过程的规则。 它还反映了材料特性的影响，如强度参数，断裂参数和热处理。Y. SUMI[3] 研究了疲劳裂纹扩展的基本特征和剩余寿命的评估和剩余寿命评估的先进数值模拟方法。杨伟博等[4]针对粒子滤波算法在实现疲劳裂纹寿命预测时,存在的多样性匮乏现象而导致的精度下降问题,提出了一种基于辅助粒子滤波与结构健康监测相结合的疲劳裂纹扩展预测方法。邵建新等[5]，提出了利用高斯过程（GP）模型进行裂纹长度评估的评估方法来解决结构材料的分散导致裂纹长度评估误差较大这一问题。袁慎芳等[6]使用了结合粒子滤波算法和结构健康监测方法进行在线的疲劳裂纹扩展预测方法，该方法通过状态空间模型表征疲劳裂纹扩展过程中的不确定性，同时通过贝叶斯方法将结构健康监测所获取的结构实际裂纹观测值用于修正裂纹扩展模型的预测误差，实现更准确的疲劳裂纹扩展在线预测。徐辉等[7] 在分析了灰色预测方法和支持向量机各自的优缺点基础上,提出了将二者相结合的一种新的预测模型———灰色支持向量机裂纹扩展预测模型.新模型发挥了灰色预测方法中“累加生成”的优点,弱化了原始序列中随机扰动因素的影响,增强了数据的规律性,同时避免了灰色预测方法及模型存在的理论缺陷。申晓月，丁克勤[8]在实验中通过分析Lamb波的特性来研究Lamb波在平板结构损伤中的应用，并为平板检测系统的开发莫定技术基础，具有工程的利用价值。曹俊等[9] 研究了真实疲劳裂纹扩展的实时在线监测方法。采用主动Lamb波监测技术及机电阻抗技术对铝试件的真实疲劳裂纹扩展情况进行了监测和分析,给出了裂纹扩展程度与信号损伤参数间的关系曲线,并对两种监测方法进行了对比,对实验结果进行了讨论。张伟等[10] 首先针对远场涡流检测信号的特点，提出了一种基于最小均方误差准则的波形逼近技术，用以高精度提取检测信号的波形特征。接着通过建立非线性多项式反演模型、基于一维搜索寻优的 BP 神经网络反演模型和基于粒子群搜索寻优的支持向量机反演模型来实现由检测信号波形特征到裂纹缺陷尺寸的定量反演。仿真结果表明，支持向量机反演模型计算相对误差低于 5%，具有较强的抗干扰能力，适合作为裂纹缺陷定量反演的有力工具。最后，通过实验也验证了这一结果。蔡建等[11] 采用主动Lamb波监测技术对铝板结构中的疲劳裂纹扩展进行了实验研究,通过实验分析得到该损伤特征参数与裂纹扩展程度之间的对应关系,从而揭示出Lamb波随裂纹扩展的变化规律.实验结果表明,利用上述方法所得到的裂纹损伤特征参数随裂纹扩展表现出特定的变化规律.该规律对于裂纹监测的进一步研究具有促进作用。吴 昊,左洪福[12] 根据腐蚀疲劳裂纹在扩展过程中受到多种环境因素影响,裂纹扩展预测难精确的特点,本文提出了基于遗传算法参数优化的最小二乘支持向量机方法来预测结构腐蚀疲劳裂纹扩展。该算法采用遗传算法优化最小二乘支持向量机的模型参数,从而避免了算法陷入局部最优解,实现了精确度高、泛化能力强的裂纹扩展预测模型。孙亚杰等[13] 针对超声相控阵结构健康监测中通过计算差信号获取损伤散射信号的方法易受环境和结构变化的影响这一问题，提出无参考信号的相控阵结构健康监测成像定位方法。采用窗函数截取散射信号，剔除直达波和边界反射信号。基于相控阵方法，对结构损伤状态时的传感器响应信号进行处理，无需结构健康状态时传感信号作为参考。该方法在碳纤维复合材料板结构上的实验研究证明，采用无参考信号的超声相控阵方法能够精确实时地监测并清晰表征结构损伤；同时，该方法可以大大缩短监测时间，且不受环境条件变化的影响，为该方法的工程化应用奠定基础。沙宇[14]研究针对铝合金疲劳裂纹扩展的压载荷效应与过载效应问题，采用弹塑性有限元建模与增量塑性损伤理论 da/dS 模型方法，深入分析压载荷效应与过载效应的内在机理，建立考虑压载荷效应和过载效应的铝合金疲劳裂纹扩速率预报模型，对压载荷效应和过载效应给出统一的理论解释和数学描述。
以上这些研究成果都给了我很多启发。但更加精准快速，包含更多复杂情况的结构裂纹扩展预测是不变的课题。
3.课题研究的意义和价值
结构的裂纹是影响机械寿命和机械安全的重要影响因素之一，准确及时的预测结构裂纹的扩展有着十分重要的意义，能够节约人力财力，也能够减少人们的劳动时间提高工作效率，具有重要的现实意义以及经济效益。
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