[发明专利]基于振动的改进损伤定位和损伤程度识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及结构体件损伤定位和损伤程度识别方法，尤其是涉及基于振动的改进损伤定位和损伤程度识别方法。

背景技术

由于各种因素影响，结构体在使用中会产生性能退化和损伤积累，试图了解结构体的损伤状态，为其安全决策提供可靠依据，是当前结构工程研究的热点问题。目前传统的无损检测如超声、x射线、CT扫描、涡流检测法等方法对材料结构进行损伤检测，检测结果能达到人们要求，但是它们的仪器笨重、复杂，费用昂贵，需要大量的人力来完成检测，维护和维修周期较长，而且根本无法对结构体进行实时检测。另外对于一些不可见、不开敞的部位，该类技术不仅无法实施，甚至要求结构体的一些功能停止使用或停止工作,例如要求以民用客机停飞、发电机组停止运转的情况下进行测试，这是非常不经济的，甚至无法做到。

与上述方法相比，基于振动测试的结构体损伤识别技术是相对简单、费用较低，被认为是有发展前景的全局性损伤检测方法，其损伤诊断基本原理是结构体一旦出现损伤，结构体参数（如刚度、质量、阻尼等）将随之发生变化，相应地就会导致结构体的动力响应特性（如模态频率、模态振型）的变化，根据这些指标的变化就可以确定结构体损伤发生的位置以及程度。近些年来，研究者提出了许多基于振动的损伤识别方法。其中有学者基于假设结构单元在损伤前、后的模态刚度贡献率是相同的条件下，提出了一种基于振动损伤定位和损伤程度识别方法，尽管该法具有物理概念明确、使用简单，只需结构体损伤前、后动力响应无需求解系统方程优点，但在实际使用中该方法存在以下问题：（1）所假设条件是不确定的；（2）在小损伤工况下，出现损伤位置误判和损伤程度识别误差较大；（3）较大损伤工况下，损伤程度识别精度不高。如何克服上述问题，是本领域研究人员研究的课题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于振动的改进损伤定位和损伤程度识别方法。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述基于振动的改进损伤定位和损伤程度识别方法，包括以下步骤：

第一步、在结构体无损伤时，通过布置在结构体上加速度传感器和数据采集系统将振动信号采集存储，然后采用模态分析系统对采集数据进行结构体模态分析获取结构体无损时前                                                阶的模态频率和模态振型，的自然数；当无法获取现检测结构体无损时模态频率和模态振型时，通过模型修正建立基准有限元模型获取结构体无损伤时前阶的模态频率和模态振型，并将获取模态振型进行正则化；

第二步、在检测结构体有无损伤时，通过布置在结构体上加速度传感器和数据采集系统将振动信号采集存储，然后采用模态分析系统对采集数据进行结构体模态分析获取结构体检测时前阶的模态频率和模态振型，并将获取模态振型进行正则化；

第三步、根据结构体损伤前、后前阶模态频率和正则化模态振型，采取下述方法计算每个结构单元的损伤定位指标，当则表示第个结构单元有损伤；的自然数；

所述损伤定位指标如下：

式中，为第个结构单元无损伤时的弹性模量，为第个结构单元有损伤时的弹性模量，为结构体无损伤时的第阶正则化模态振型，为结构体有损伤时的第阶正则化模态振型，为第个结构单元的与几何尺寸和泊松比有关的矩阵，为结构单元总数，为结构体无损伤时的第阶特征值和模态质量；分别为结构体第阶损伤前、后的模态特征值和模态质量的变化量，表示取前阶的模态频率和模态振型进行计算；

第四步、评估结构单元的损伤程度指标；

评估指标如下：

其中为步骤三损伤单元的损伤定位指标值。

本发明优点在于避免了现有方法假设的不确定性，可有效避免小损伤工况下损伤位置的误判，提高了损伤程度识别结果，利于工程应用。

附图说明

图1是本发明实施例所述简支梁结构体的有限元模型示意图。

图2是本发明实施例所述无损简支梁结构体前三阶模态振型图。

图3是本发明实施例所述简支梁结构体工况1损伤预测结果图。

图4是本发明实施例所述简支梁结构体工况2损伤预测结果图。

图5是本发明实施例所述简支梁结构体工况3损伤预测结果图。

图6是本发明实施例所述简支梁结构体工况4损伤预测结果图。

具体实施方式

如图1-6所示，本发明所述基于振动的改进损伤定位和损伤程度识别方法，按照下述步骤进行：