[發明專利]一種桁架結構節點損傷檢測系統及其方法

在審

• 申請號: 201410143138.7
• 申請日: 2014-04-10
• 公開（公告）號: CN103940903A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 安永輝;歐進萍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 趙連明

1.一種桁架結構節點損傷檢測系統，其特征在于該系統包含數據采集模塊、數據分析模塊和決策模塊三個部分；

其中數據采集模塊采集位于桁架結構待測子結構中所有桿件上測點的應變響應信號并存儲在計算機中；

數據分析模塊將采集到的所有桁架結構中桿件上測點的應變信號基于提出的桁架結構節點損傷定位的急動度能量波形的平均歸一化曲率差法進行計算并給出損傷定位結果；

決策模塊根據數據分析模塊的計算結果，首先顯示是否有異常測點以及異常測點的位置，若無異常測點，則所有桁架節點均安全；若有異常測點，則異常測點所在桁架桿兩端的桁架節點連接處必有損傷；再使用物理無損檢測方法對異常測點所在桁架桿兩端的桁架節點進行檢測確定損傷發生在一端還是兩端均有，最后對損傷處進行維修。

2.根據權利要求1所述的一種桁架結構節點損傷檢測系統，其特征在于檢測步驟如下：

步驟一：將待測桁架結構劃分為若干個相鄰的區間，每個區間稱為一個子結構，按照順序從桁架結構的一端開始逐個進行檢測至另一端；

步驟二、測點布置：將待測桁架子結構中每個桁架桿的中點處外側布置一個應變測點，可以使用光纖光柵傳感器或者應變片測試應變；

步驟三、數據采集：在數據采集模塊中，用小錘激勵待測桁架子結構旁某桁架節點時，應變采集設備采集待測子結構中各個桁架桿測點處的應變信號，并將桁架桿測點的應變信號傳送到計算機中；

步驟四：數據分析：在數據分析模塊中計算各測點處信號的急動度能量JE的值：將待測子結構中桁架桿分別編號為桁架桿1、2、3……M，假設桁架桿k上測點的應變時間序列(應變信號x)的各散點為x₁,x₂,...x_N，則定義桁架桿k測點處應變信號的急動度能量JE如下

JEk=logΣi=1N-1(xi+1-xiΔt)2---(1)]]>

其中JE_k是急動度能量，log為常用對數，N為應變信號的點數；采用脈沖激勵(或階躍激勵)下含完整衰減過程的應變響應來計算JE的值；每一個測點上的JE值計算出來后，通過連接這些JE的值便可得到急動度能量波形；

步驟五、數據分析模塊中計算急動度能量波形的曲率：桁架桿k測點處應變信號的急動度能量波形的曲率C_k(1<k<M)定義如下

C_k＝JE_k-1-2JE_k+JE_k+1?????????????(2)

其中是JE_k是桁架桿k測點處應變的JE值；

C₁和C_M基于下式計算：

C₁＝JE_M-2JE₁+JE₂????????????(3)

C_M＝JE_M-1-2JE_M+JE₁???????????(4)

步驟六、數據分析模塊中計算得到桁架桿單元損傷前后各測點的曲率值后，應變響應的急動度能量波形在桁架桿k測點處的曲率差定義如下

(CΔk)rs=(Cafterk)s-(Cbeforek)r---(5)]]>

其中是根據損傷前桁架桿k測點處的第r組應變響應計算出的曲率，是根據損傷后桁架桿k測點處的第s組應變響應計算出的曲率；

步驟七、數據分析模塊中對每一對兒損傷前后的應變信號(即一次檢測)計算出的曲率差進行歸一化，這樣每次檢測結果中曲率差的最大值為1，歸一化后的曲率差為

(CΔk)rs*=(CΔk)rs/maxk[(CΔk)rs]---(6)]]>

步驟八、數據分析模塊中基于多組數據的多次檢測后計算急動度能量波形的歸一化曲率差均值μ_k并將其定義為損傷指標，定義桁架桿k測點處的損傷指標(DI)_k如下

(DI)k=μk=1RSΣr=1RΣs=1S(CΔk)rs*---(7)]]>

根據經驗，RS≥10；RS的值越大越好，實際使用中一般可取20；

步驟九、在決策模塊中將損傷指標大于等于閾值δ的桁架桿測點判別為異常測點，

異常測點={(DI)_k≥δ}??????????????(8)

其中δ是閾值，它基于無損工況下應變響應數據的損傷定位結果確定，δ是一個比無損工況的急動度能量波形歸一化曲率差均值μ_k略大的值以避免誤報測點的出現；

損傷檢測結果為：若無異常測點，則所測桁架子結構中所有桁架節點均無損傷；若有異常測點，則異常測點所在桁架桿兩端的桁架節點必有損傷，可能該桁架桿的一端桁架節點有損傷，也可能其兩端的桁架節點均有損傷，具體的損傷情況需要根據進一步的局部檢測工具或方法來確認。

3.根據權利要求1或2所述的一種桁架結構節點損傷檢測系統及其方法，其特征在于，該系統及方法同樣適用于網架結構節點的損傷檢測，具體操作方法與桁架結構相同。