基于振動的改進損傷定位和損傷程度識別方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于振動的改進損傷定位和損傷程度識別方法，一、在結構體無損傷時，通過布置在結構體上加速度傳感器和數據采集系統將振動信號采集存儲；二、在檢測結構體有無損傷時，采用模態分析系統對采集數據進行結構體模態分析獲取結構體檢測時前階的模態頻率和模態振型，并將獲取模態振型進行正則化；三、根據結構體損傷前、后前階模態頻率和正則化模態振型，計算每個結構單元的損傷定位指標，當則表示第個結構單元有損傷；四、評估結構單元的損傷程度指標。本發明優點在于避免了現有方法假設的不確定性，可有效避免小損傷工況下損傷位置的誤判，提高了損傷程度識別結果，利于工程應用。
【專利說明】基于振動的改進損傷定位和損傷程度識別方法 【技術領域】
[〇〇〇1] 本發明涉及結構體件損傷定位和損傷程度識別方法，尤其是涉及基于振動的改進 損傷定位和損傷程度識別方法。 【背景技術】
[0002] 由于各種因素影響，結構體在使用中會產生性能退化和損傷積累，試圖了解結構 體的損傷狀態，為其安全決策提供可靠依據，是當前結構工程研究的熱點問題。目前傳統的 無損檢測如超聲、X射線、CT掃描、渦流檢測法等方法對材料結構進行損傷檢測，檢測結果 能達到人們要求，但是它們的儀器笨重、復雜，費用昂貴，需要大量的人力來完成檢測，維護 和維修周期較長，而且根本無法對結構體進行實時檢測。另外對于一些不可見、不開敞的 部位，該類技術不僅無法實施，甚至要求結構體的一些功能停止使用或停止工作，例如要 求以民用客機停飛、發電機組停止運轉的情況下進行測試，這是非常不經濟的，甚至無法做 到。
[0003] 與上述方法相比，基于振動測試的結構體損傷識別技術是相對簡單、費用較低，被 認為是有發展前景的全局性損傷檢測方法，其損傷診斷基本原理是結構體一旦出現損傷， 結構體參數(如剛度、質量、阻尼等）將隨之發生變化，相應地就會導致結構體的動力響應特 性(如模態頻率、模態振型）的變化，根據這些指標的變化就可以確定結構體損傷發生的位 置以及程度。近些年來，研究者提出了許多基于振動的損傷識別方法。其中有學者基于假 設結構單元在損傷前、后的模態剛度貢獻率是相同的條件下，提出了一種基于振動損傷定 位和損傷程度識別方法，盡管該法具有物理概念明確、使用簡單，只需結構體損傷前、后動 力響應無需求解系統方程優點，但在實際使用中該方法存在以下問題：（1)所假設條件是 不確定的；（2)在小損傷工況下，出現損傷位置誤判和損傷程度識別誤差較大；（3)較大損 傷工況下，損傷程度識別精度不高。如何克服上述問題，是本領域研究人員研究的課題。
【發明內容】

[0004] 本發明目的在于提供一種基于振動的改進損傷定位和損傷程度識別方法。
[0005] 為實現上述目的，本發明采取下述技術方案： 本發明所述基于振動的改進損傷定位和損傷程度識別方法，包括以下步驟： 第一步、在結構體無損傷時，通過布置在結構體上加速度傳感器和數據采集系統將振 動信號采集存儲，然后采用模態分析系統對采集數據進行結構體模態分析獲取結構體無損 時前/階的模態頻率和模態振型，/ >0的自然數；當無法獲取現檢測結構體無損時模態 頻率和模態振型時，通過模型修正建立基準有限元模型獲取結構體無損傷時前/階的模態 頻率和模態振型，并將獲取模態振型進行正則化； 第二步、在檢測結構體有無損傷時，通過布置在結構體上加速度傳感器和數據采集系 統將振動信號采集存儲，然后采用模態分析系統對采集數據進行結構體模態分析獲取結構 體檢測時前?階的模態頻率和模態振型，并將獲取模態振型進行正則化； 第三步、根據結構體損傷前、后前I階模態頻率和正則化模態振型，采取下述方法計算 每個結構單元的損傷定位指標.，當a,. > 1則表示第r個結構單元有損傷；r >0的自然 數； 所述損傷定位指標如下：
【權利要求】
1. 一種基于振動的改進損傷定位和損傷程度識別方法，其特征在于：包括 以下步驟： 第一步、在結構體無損傷時，通過布置在結構體上加速度傳感器和數據采集系統將振 動信號采集存儲，然后采用模態分析系統對采集數據進行結構體模態分析獲取結構體無損 時前I階的模態頻率和模態振型，〖>0的自然數；當無法獲取現檢測結構體無損時模態頻 率和模態振型時，通過模型修正建立基準有限元模型獲取結構體無損傷時前I階的模態頻 率和模態振型，并將獲取模態振型進行正則化； 第二步、在檢測結構體有無損傷時，通過布置在結構體上加速度傳感器和數據采集系 統將振動信號采集存儲，然后采用模態分析系統對采集數據進行結構體模態分析獲取結構 體檢測時前I階的模態頻率和模態振型，并將獲取模態振型進行正則化； 第三步、根據結構體損傷前、后前/階模態頻率和正則化模態振型，采取下述方法計算 每個結構單元的損傷定位指標，當β/> 1則表示第r個結構單元有損傷；r >〇的自然 數； 所述損傷定位指標如下： E 1 孓 Bd = - Υ--- ' Ef i η β, -β^φ) 式中，￡；.為第f個結構單元無損傷時的彈性模量，為第f個結構單元有損傷時的彈 m --β rffff 性模量，爲.=#(?.，允=，爲=X .，匆(4#) = -1 + ^ ，為為結構體無損傷時的第i階正則化模態振型，彡<為結構體有損傷時的第I階正則化模 態振型，cf為第r個結構單元的與幾何尺寸和泊松比有關的矩陣，廣為結構單元總數， 為、為結構體無損傷時的第/階特征值和模態質量；分別為結構體第?階損 傷前、后的模態特征值和模態質量的變化量，I表示取前I階的模態頻率和模態振型進行計 算； 第四步、評估結構單元的損傷程度指標*5；; 評估指標式如下： , 1 --- . 漢Γ 其中.為步驟三損傷單元的損傷定位指標值。
【文檔編號】G01M99/00GK104089791SQ201410362453
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】董曉馬, 田向麗, 劉潔, 郝曉松, 王忠輝 申請人:鄭州航空工業管理學院