[发明专利]一种悬臂梁结构表面裂纹参数识别方法

说明书

本发明涉及一种悬臂梁结构表面裂纹参数的识别方法，能够同时精确识别裂纹数量，裂纹位置，裂纹损伤度，属于梁结构的在线健康监测领域。本发明可以同时精确识别损伤位置及损伤度；无需结构件健康条件下的基础数据，更加有利于实现在线结构健康监测；该方法可满足同时对结构件存在2条及以上裂纹进行损伤识别。在单个裂纹损伤识别过程中，通过数学寻优使得损伤识别过程更加简单高效，进而节省了计算资源，提高了识别效率。

技术领域

本发明涉及一种悬臂梁结构表面裂纹参数的识别方法，能够同时精确识别裂纹数量，裂纹位置，裂纹损伤度，属于梁结构的在线健康监测领域。

背景技术

悬臂梁是一种广泛应用于工程装备的基本构件，长期服役过程中受材料、加工制造、环境、以及交变载荷等因素影响不可避免的存在裂纹损伤，进而影响其可靠运行，因此，对于服役悬臂梁结构的在线损伤检测和识别显的尤为重要。目前，结构件的表面裂纹通常借助于梁表面不同被测点的实时振动信息进行在线检测识别。其中，按照不同的振动信息特征可分为两大类：第一，基于损伤前后模态频率的变化率进行识别，该方法具有测量简单、便捷，抗干扰能力强等优势，但当出现多条裂纹时，由于位置不同的损伤可能造成相同固有频率变化，因此，仅适用于单个裂纹的定位，且只能定位一定区间范围；第二，基于模态振型变化的损伤识别方法，该方法可以非常方便的对裂纹进行损伤定位，但损伤定位精度较差且无法识别裂纹损伤程度，此外，该损伤识别方法需要健康条件下的振型信息，模态振型易受传感器件以及环境噪声的干扰。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术缺点，提供一种能够同时精确识别悬臂梁结构表面裂纹数量，裂纹位置和损伤程度的测量方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种悬臂梁结构表面裂纹参数的识别方法，包括如下步骤：

(1)在被测悬臂梁上将n个应变传感器N_j(j＝1,2,3…n)沿悬臂梁长度方向均匀布置，形成应变传感器阵列；

(2)利用应变传感器阵列实时测量悬臂梁结构各测量点应变信息，通过对各测量点应变信息进行频域分析，得到不同测量点的各阶模态频率ω_k,j(k＝1,2,3…；j＝1,2,3…n)，计算得到各阶模态频率ω_k相对应的各阶特征值λ_k(k＝1,2,3…)，并对各测量点的各阶模态频率下对应信号幅值拟合得到悬臂梁的各阶应变模态振型(k＝1,2,3…)，步骤(2)中的所有k表示模态频率的不同阶数；

(3)求取悬臂梁相邻时刻应变模态振型差Δ，判断是否存在结构损伤；若Δ﹤γ，表示无损伤存在，则重复步骤(2)；当Δ﹥γ，表示存在损伤，搜索确定应变模态振型差Δ的曲线峰值，根据该峰值确定裂纹损伤所在测量区间[R_j,R_j+1]；其中γ为预设的经验值；

(4)依据含裂纹悬臂梁自由振动方程组，获得方程F：

含裂纹悬臂梁自由振动方程组如下：

假设悬臂梁结构件表面存在y条裂纹，将悬臂梁结构分成y+1段，第i(i＝1,2,3…y)条裂纹前一段和后一段的位移模态振型分别为

φ_i(x)＝c_i1sin(λ_kx)+c_i2cos(λ_kx)+c_i3sinh(λ_kx)+c_i4cosh(λ_kx)

φ_(i+1)(x)＝c_(i+1)1sin(λ_kx)+c_(i+1)2cos(λ_kx)+c_(i+1)3sinh(λ_kx)+c_(i+1)4cosh(λ_kx)