[發明專利]一種構造周期結構梁的缺陷檢測方法

在審

• 申請號: 202011211036.6
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112285205A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 莊國志;王丹鳳;許著龍;王瑜琪;方翔
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/22;G01N29/34;G01N29/44
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種構造周期結構梁的缺陷檢測方法。本發明通過在待檢測的梁結構上沿其軸線方向周期性施加集中質量球來構造一維聲子晶體梁，并檢測其傳輸曲線；通過傳輸曲線上是否存在缺陷態來判斷梁是否有損傷；對于初次檢測無缺陷態的梁結構，通過改變集中質量球的位置進一步檢測其傳輸曲線，克服初次檢測時缺陷與質量塊重合的情況。對于存在缺陷態的梁結構，本發明采用缺陷態頻率可進一步定位缺陷的位置。本發明采用集中質量附加的方式形成的周期結構梁不需要對梁結構本身造成損傷，是一種無損檢測方法。

技術領域

本發明屬于損傷檢測技術領域，具體涉及一種構造周期結構梁的缺陷檢測方法。

背景技術

為確保結構的安全、完整，結構損傷檢測越來越受到科學界和工程界的重視。幾種基于振動或基于導波的損傷檢測技術被提出用于早期損傷識別。一般來說，基于振動的損傷檢測技術監測完好結構和受損結構之間模態數據的偏差，以估計損傷的大小或位置。固有頻率和位移/應變模態振型是基于振動方法中常用的兩個參數。

與傳統結構不同，周期性結構如聲子晶體(PCs)具有帶隙現象，其頻率特性(如衰減或頻域分布)對晶格參數相當敏感。當PCs中存在單元-單元錯配等缺陷時，在帶隙中可以看到缺陷模，彈性波或聲波會在缺陷附近局部出現。缺陷模的頻率受pc晶格參數(如填充分數)的變化影響更大。因此，在檢測結構中引入周期性并檢測帶隙中的缺陷模態，可以實現敏感損傷檢測。

因梁式結構在鋼結構和機械工業中的重要性，梁式結構損傷檢測一直受到人們的關注和深入研究。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，應用缺陷模態的概念來論證梁結構裂紋檢測的可行性，并進一步根據論證結果提出了一種構造周期結構梁的缺陷檢測方法。本發明的技術方案如下：

本發明公開了一種應用附加周期性集中質量梁缺陷態的裂紋檢測方法，其包括如下步驟：

1)在待檢測的梁結構上沿其軸線方向周期性施加集中質量球來構造一維聲子晶體梁；

2)在一維聲子晶體梁的一端給予激勵，采集梁兩端的位移信號計算傳輸曲線，根據獲得的傳輸曲線，觀察傳輸曲線是否出現缺陷態；若未發現缺陷態則進入步驟3)，否則進入步驟4)；

3)改變待檢測的梁結構上周期性集中質量球的位置、數量來改變晶格大小，且確保改變位置后的集中質量球在位置上沒有與改變位置前的任一集中質量球有重合，對新構造的一維聲子晶體梁在一端進行激勵，采集梁兩端的位移信號計算獲得傳輸曲線；觀察傳輸曲線是否出現缺陷態；若仍未出現缺陷態，則認為待檢測的梁結構無損傷；否則認為存在缺陷并進入步驟4)；

4)將傳輸曲線缺陷態位置對應的頻率，記為f_c；在含缺陷的聲子晶體梁上，用頻率為f_c信號進行單頻激勵，觀察梁在缺陷態頻率下的位移場或者應變場，根據缺陷態的局域化現象可知，位移或應變最大的地方即是缺陷的位置。

優選的，所述的集中質量球為鋼珠，所述的鋼珠質量相等，并周期性固定在待檢測的梁結構上。

優選的，所述待檢測的梁結構上布置的一個集中質量球的重量為一個晶格梁結構質量的0.2-0.5倍。

優選的，步驟2)或步驟3)采用的激勵方式為：由信號發生器產生白噪聲隨機激勵，經過信號放大器放大后傳輸給壓電疊堆或者激振器；頻率范圍為0-20kHz。

優選的，步驟4)所述的位移場或者應變場采用多普勒激光測振儀觀測。

優選的，所述的待檢測的梁結構為截面尺寸相同的平直梁。

優選的，所述的步驟4)選擇如下實施方式：