[發(fā)明專利]一種工程結構方向性損傷主動監(jiān)測與評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610230085.1
• 申請日: 2016-04-14
• 公開（公告）號: CN105784853B
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發(fā)明（設計）人: 王強;岳東
• 申請（專利權）人: 蘇州泛能電力科技有限公司
• 主分類號: G01N29/44
• 分類號: G01N29/44
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

本發(fā)明公開一種工程結構方向性損傷主動監(jiān)測與評估方法，首先在待測結構上圍繞待測區(qū)域布置若干組線性壓電激勵/傳感陣列，使得所有陣列掃描監(jiān)測的范圍合并后能夠覆蓋整個待測結構區(qū)域；并分別采集結構健康狀態(tài)下各組陣列所有激勵/傳感通道的Lamb波基準響應信號和損傷狀態(tài)下的Lamb波響應信號，將二者對應相減，提取損傷散射信號；根據(jù)損傷散射信號及其相位之間的相干性，計算得到損傷方向信息和主激勵器位置，對方向性損傷進行成像，得出損傷的位置和長度，從而分析、判定被監(jiān)測結構的健康情況。此種方法能夠提高對裂紋、結構斷裂等方向性損傷的監(jiān)測精確度，保障結構安全。

技術領域

本發(fā)明涉及一種板類工程結構主動Lamb波損傷監(jiān)測的方法，尤其涉及一種基于壓電激勵/傳感線陣的工程結構方向性損傷主動監(jiān)測與評估方法。

背景技術

隨著對結構安全性、可靠性要求的不斷提高，結構損傷的在線監(jiān)測和評估日益引起人們的高度重視。如在新能源風力發(fā)電領域，近些年我國各地建設的大規(guī)模風電場，其中的風機葉片結構長期服役于惡劣自然環(huán)境下，易受到風沙、紫外線、雨雪等侵蝕，而發(fā)生損傷。為了防止結構損傷所帶來的災難或損失，必須對結構進行有效的監(jiān)測，并實時評估損傷的擴展情況，確保結構的安全性。

裂紋、局部斷裂等損傷具有一定的方向性，而此類損傷對結構安全性的破壞很大，能瞬間引起結構的失效，引發(fā)重大安全事故，如風力發(fā)電機葉片，當結構發(fā)生裂紋后，由于載荷、外部侵蝕等作用，很容易發(fā)生裂紋擴展而導致葉片的斷裂，斷裂后會造成整個風機系統(tǒng)的重心失偏，引起其他葉片的斷裂乃至整個風機系統(tǒng)的損壞。板殼類結構的在線健康監(jiān)測技術中，由于傳播距離遠、對微小損傷敏感等特性，Lamb波監(jiān)測技術具有較好的應用前景。然而現(xiàn)有的Lamb波結構損傷監(jiān)測技術研究，大多采用分布式壓電激勵器/傳感器陣列方法，以提高監(jiān)測效率，但受到信號傳播方向、損傷散射角度等因素的制約，從各傳感信號中很難提取出與損傷方向相關的信息，也就只能實現(xiàn)損傷位置和大致范圍等信息的診斷和評估，很難提供裂紋等損傷的方向、長度以及擴張趨勢等診斷評估結果；超聲相控陣技術應用于Lamb波結構損傷監(jiān)測時，由于對陣列中激勵器/傳感器之間的間距有嚴格的限制，其線陣為密集陣列，受監(jiān)測系統(tǒng)采集通道數(shù)量、待測結構幾何特性等因素的限制，陣列長度有限，而方向性損傷產(chǎn)生的反射或散射信號具有一定的角度，往往不能返回到有限長度的陣列上而導致監(jiān)測不到損傷，同時，超聲相控陣監(jiān)測技術給出的損傷監(jiān)測結果僅能判斷出在某一方向上距離陣列某一距離存在損傷，無法分清該損傷是否存在方向性，以及是否存在進一步的擴展等。

基于以上考慮，本發(fā)明人針對現(xiàn)有的結構損傷主動監(jiān)測和評估方法進行研究改進，本案由此產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，在于提供一種工程結構方向性損傷主動監(jiān)測與評估方法，其應用線性壓電激勵/傳感陣列，在現(xiàn)有結構損傷監(jiān)測設備條件基礎上，利用激勵器兩側(cè)傳感器獲取的損傷散射信號之間的相干性，診斷出損傷的方向性，進而評估損傷的長度和擴展趨勢等，提高對裂紋、結構斷裂等方向性損傷的監(jiān)測精確度，保障結構安全。

為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種工程結構方向性損傷主動監(jiān)測與評估方法，包括如下步驟：

(1)在待測結構上，根據(jù)待測區(qū)域的范圍，圍繞待測區(qū)域布置若干組線性壓電激勵/傳感陣列，使得所有陣列掃描監(jiān)測的范圍合并后能夠覆蓋整個待測結構區(qū)域；

(2)分別采集結構健康狀態(tài)下各組陣列所有激勵/傳感通道的Lamb波基準響應信號；

(3)分別采集結構損傷狀態(tài)下各組陣列所有激勵/傳感通道的Lamb波響應信號；

(4)將步驟(2)中得到的Lamb波基準響應信號與步驟(3)中得到的結構損傷后Lamb波響應信號對應相減，提取各組陣列所有激勵/傳感通道下的差信號，即損傷散射信號；

(5)根據(jù)前述各組陣列得到的損傷散射信號及其相位之間的相干性，計算得到損傷方向信息和主激勵器位置；