[發明專利]一種懸臂柔性梁多裂縫損傷識別裝置及方法

有效

• 申請號: 201410196847.1
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN104007175B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 邱志成;吳傳健
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明涉及大型柔性結構的損傷識別領域，特別涉及一種懸臂柔性梁多裂縫損傷識別裝置及方法。

背景技術

空間柔性結構在服役期間由于受到沖擊、地震、風荷載、腐蝕等的作用，材料的內部結構會發生變化，由此產生了各種各樣的損傷。對于大型結構而言,損傷無時無刻不威脅著人民的生命財產安全。因此，及時發現損傷并對其進行修復顯得尤為重要。早期的損傷識別技術利用超聲波、X光、電磁波等手段進行損傷檢測，由于需要預先知道損傷的大概位置，且要求損傷部位容易接近，因此在實際工程應用中受到了限制。現代損傷識別技術，根據結構響應的不同，可以分為基于結構動力響應的損傷識別方法和基于結構靜力響應的損傷識別方法。而基于動力學特性的結構損傷識別方法以其實用快速簡單而成為目前國際學術界和工程界關注的熱點。基于振動理論的結構動力響應損傷檢測方法利用實測的振動模態數據(頻率、振型等)經過一定的變換得到不同的損傷指標，然后用損傷指標進行損傷的判斷。實際工程中模態數據很容易通過振動測試獲得，因此這些方法受到了廣泛的關注。在眾多損傷指標中，大多數都需知道未損結構的模態信息，如頻率變化比、柔度法等；有的甚至需要知道未損結構的剛度矩陣，如模態應變能。振型曲率只需利用結構在當前狀態下的模態信息，這為實際工程應用提供了便利。但由于損傷本身的復雜性和不確定性，不同部位、不同程度的損傷、利用不同的振型數據均會對損傷識別效果產生影響。利用結構的動態特性進行損傷檢測與識別首先要對結構的動態響應信號進行采集和處理。目前，小波分析和小波包分析在信號分解過程中具有無冗余，無疏漏的特點，是進行信號分析與處理的有效方法。同時，神經網絡具有的模式識別能力是進行結構損傷特征辨識的重要方法，將小波分析方法和人工神經網絡相結合是進行損傷檢測與識別的技術已經在眾多研究成果中得到了驗證。

現有技術中，多為結構單裂縫損傷的識別，結構多裂縫損傷識別技術則相對不成熟。基于模態曲率的損傷識別方法具備檢測多處損傷的能力，檢測結果符合實際檢測需要。但是，基于模態曲率的識別方法，在實際工程應用時，測量的精度對結果的影響顯著，且往往要求測點位置空間比較接近，測點數目較多，否則，基于測點模態曲率插值的估計曲線將會引入較大誤差。另外，工程運用中難以得到高階振型，在傳統的低幅值振動測試中，模態曲率變化量量級過小，難以起到有效的判別作用。這些缺點使得該方法無法運用于大型復雜工程。目前，技術人員深入研究基于振型曲率進行損傷識別的方法，利用ANSYS軟件對柔性梁2D框架結構進行數值模擬，得到其各階模態振型數據，以模態曲率為損傷指標對各種損傷工況進行識別，為該方法的工程應用提供了有益參考。

發明內容

為了克服現有存在的缺點與不足，本發明提供一種懸臂柔性梁多裂縫損傷識別裝置及方法。

本發明采用如下技術方案：

一種懸臂柔性梁多裂縫損傷識別裝置，包括柔性梁、機械夾持裝置、檢測裝置、激振器、信號發生器、功率放大器、光纖光柵解調儀及計算機；

所述柔性梁在長度方向的一端通過機械夾持裝置固定，另一端自由，所述檢測裝置包括多個通道FBG光纖傳感器組，所述柔性梁的正面及背面設置相同個數的通道FBG光纖傳感器組，每個通道FBG光纖傳感器組由多個FBG光纖傳感器構成，且多個FBG光纖傳感器串聯后通過FC/PC接頭與光纖光柵解調儀連接，所述激振器的連接桿固定在柔性梁上，用于激勵柔性梁的振動；

所述信號發生器產生頻率為柔性梁各低階固有頻率的正弦信號，經功率放大器將信號放大，驅動激振器激勵柔性板振動，所述FBG光纖傳感器檢測柔性梁振動變化通過FC/PC接頭傳入光纖光柵解調儀，所述光纖光柵解調儀對信息進行解調，然后輸出到計算機。

所述激振器的連接桿固定在柔性梁上，具體設置在位于柔性梁在長度方向的中間位置，且位于柔性梁寬度方向中線下方10mm的位置。

所述在柔性梁的正面及背面設置相同個數的通道FBG光纖傳感器組，具體為：通道FBG光纖傳感器組采用波分復用技術或空分復用技術沿著柔性梁長度方向錯開設置在柔性梁的正面及背面。

所述每個通道FBG光纖傳感器組內的多個FBG光纖傳感器的中心波長均不相同。

所述檢測裝置安裝在距離柔性梁寬度方向的中線上方10mm。

柔性梁在長度方向分布多個垂直于柔性梁的裂縫。

所述裝置進行損傷識別方法，包括如下步驟：