[發明專利]基于柔度矩陣對角元素變化的起重機械主梁結構損傷識別方法

在審

• 申請號: 202010395145.1
• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN111609984A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 李向東;席鴻皓;周超;徐園平;周瑾;帥飛;陳序
• 申請（專利權）人: 江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院;南京航空航天大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;G06F17/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開一種基于柔度矩陣對角元素變化的起重機械主梁結構損傷識別方法，首先，根據結構尺寸與破損識別要求對待測主梁進行單元劃分，設置主梁模型破損前、后的激勵點；其次，通過多點輸入單點測量的模態實驗分別測得起重機械主梁結構破損前、后的時域振動信號，基于頻響函數估計得到結構振型和頻率等動力參數；然后，讀取模態實驗對應的原始測試文件，基于模態置信度對實驗振型進行匹配；最后，通過破損前后的各階模態頻率和振型等計算各劃分單元的局部柔度，所得柔度矩陣作差并提取對角元素比較進行結構的破損定位。本發明無需停機操作，有利于實時監測，且對2mm以上深度的銹蝕損傷都有較好的定位效果。

技術領域

本發明涉及結構損傷識別領域，具體涉及一種基于柔度矩陣對角元素變化的起重機械主梁結構損傷識別方法，適用于橋架型起重機。

背景技術

隨著工業化進程不斷加速，大型起重機日益成為機械、造船、冶金等重大行業生產中不可或缺的關鍵設備。大型起重機往往工作環境惡劣；另外，因為起重機造價昂貴，其使用年限通常會在理論設計壽命基礎上被延長。這些都給工業生產帶來安全隱患，若不能及時排查往往會導致嚴重的安全事故。因此研究大型起重機結構損傷狀況評估技術刻不容緩。

諸多學者研究了不同損傷識別方法在起重機結構上的應用。磁粉檢測等傳統無損檢測方法已經廣泛應用于實際起重機金屬結構的安全檢測工作中，但這些常規的無損檢測方法一般應用于起重機非工作狀態下的檢測，操作復雜還會造成不必要的停機，這些常規的無損檢測方法一般應用于起重機非工作狀態下的檢測，操作復雜還會造成不必要的停機。聲發射技術因其信號過于敏感和相關損傷數據庫的缺乏，發展與推廣也受到了限制。

基于動力學參數的損傷識別方法因其可實時在線監測數據、信號敏感性等優勢逐漸受到關注，其中基于柔度參數類的損傷識別最具有潛力。一是柔度矩陣與振型成正比，與結構固有頻率成反比，靈敏度比單純的固有頻率參數或振型參數高；二是各階次振型隨著相應頻率的增大對柔度矩陣的影響迅速減小，所以只要測量前幾個階次模態振型和頻率就可以獲得較為精確的結構柔度矩陣；三是相比于模態應變能法，無需獲取單元剛度等信息，有利于復雜結構的應用。

發明內容

發明目的：本發明為保障起重機尤其是超期服役的起重機進行安全可靠的生產工作運行，提供一種基于柔度矩陣對角元素變化的起重機械主梁結構損傷識別方法。

技術方案：一種基于柔度矩陣對角元素變化的起重機械主梁結構損傷識別方法，具體包括以下步驟：

(1)根據結構尺寸與破損識別要求對待測主梁進行單元劃分，設置主梁模型破損前、后的激勵點；

(2)通過多點輸入單點測量的模態實驗分別測得起重機械主梁結構破損前、后的時域振動信號，基于頻響函數估計得到結構振型和頻率等動力參數；

(3)讀取模態實驗對應的原始測試文件，基于模態置信度對實驗振型進行匹配；

(4)通過破損前后的各階模態頻率和振型等計算各劃分單元的局部柔度，所得柔度矩陣作差并提取對角元素比較進行結構的破損定位。

進一步地，步驟(1)所述的主梁模型破損前、后的激勵點數目至少為6個，且破損前、后的激勵點布置位置相同。

進一步地，所述步驟(2)包括以下步驟：

(21)信號采集前設置力窗用于截取激勵信號，設置指數窗用于截取響應信號，緩解信號泄漏現象；

(22)由后期分析所需的最高頻率對軟件信號采集界面的頻率范圍和譜線數等參數進行設置；

(24)基于H4頻率響應函數估計算法獲取系統頻響，其計算原理為：

式中，h4為H4法估算的頻響函數，h1為H1法估算的頻響函數，h2為H2 法估算的頻響函數：