[發明專利]一種基于Lamb波時間場法在鋼管主梁中的損傷檢測方法

有效

• 申請號: 202110783501.1
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113533517B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 蔡國強;王琳
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/44;B61K9/10
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 郝志亮

1.一種基于Lamb波時間場法在鋼管主梁中的損傷檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1環境搭建：在對實際鋼管主梁焊縫結構進行無損檢測時，所采用的設備主要包括壓電傳感器、計算機系統、信號采集設備、耦合劑；

S2檢測環境參數設置：在檢測時，首先確定檢測環境下的增益大小，根據經驗選擇，對比了20dB和30dB時的接收信號，確定增益為30dB時五波峰更加明顯，效果較好；

對于激勵頻率，通常是先確定一個頻率范圍150kHz～400kHz，以50為增量進行掃頻得到7個不同的信號，首先對比150kHz和200kHz的信號，確定激勵頻率為200kHz；

S3鋼管主梁焊縫損傷數據處理及分析；

信號處理包括在時域和頻域上的處理，通過希爾伯特變換將實數域的信號轉換為復數域信號；

S31焊縫損傷信號的希爾伯特變換方法：使用希爾伯特變換方法對信號預處理，通過希爾伯特變換方法提取反射波包的到達時間；

S4基于時間場法進行損傷識別；

S41基于時間場法的坐標系：管主梁焊縫結構產生的裂紋一般都是縱向或者縱向傾斜裂紋，在焊縫和接收傳感器之間設置激勵傳感器，時間場法識別不同類型的損傷：對于任意位置的水平界面來說，反射波時距曲線具有比較簡單的形式，反射面上的任意一點的切面都是該反射面本身，根據傳感器布置的分析，以及Lamb在結構表面傳播的特性，建立OXY坐標系，OX軸和OY軸都在結構表面，坐標系的原點為激勵傳感器的位置；

S42反射波時間場法：Lamb波在遇到損傷時發生反射現象，根據距離OX軸一定距離的觀測線上布置多個接收傳感器獲取的信號，得到反射波時距曲線，波在結構中的傳播速度已知，就可以獲得Lamb波在激勵之后經過不同時間t_i到達損傷以及從損傷反射回來的波前位置，那么，在介質均勻的結構中，經過相同時間間隔的入射波波前是一組等距離的同心圓；

S5不同程度損傷的識別；

S51為了便于分析，從激勵點向損傷作垂線并交于O'，取激勵點關于損傷的鏡像點，設置為虛激勵點O”(x₀,y₀)，在OXY坐標系的基礎上，以OY軸的負方向放置Ot軸，起點O_t在接收傳感器位置處，建立tOXY坐標系，從而獲得反射波時距曲線，在建立tOXY坐標系中，損傷是一條直線；

S52損傷識別精度分析：將理論得到的損傷產狀要素與鋼管主梁焊縫中的實際損傷做比較，分析時間場法對于不同類型損傷位置以及大小的精度。

2.根據權利要求1所述的一種基于Lamb波時間場法在鋼管主梁中的損傷檢測方法，其特征在于，所述步驟S1在檢測時通過系統設置恰當的激勵頻率、采樣率、幅值，并產生一個激勵信號通過壓電傳感器作用到結構表面，傳感器利用壓電效應將該信號轉換為有規律的振動，在接收點傳感器感受到結構振動，利用逆壓電效應轉換為電信號，然后通過數據線傳回系統，計算機屏幕上可以直接顯示信號，并可將數據導出以供后續處理。

3.根據權利要求1所述的一種基于Lamb波時間場法在鋼管主梁中的損傷檢測方法，其特征在于，所述步驟S1在無損檢測過程中，一般的耦合劑對信號幅值和相位的影響都很大，在室外環境下檢測時，因為空氣流動比較強，耦合劑能夠較快穩定，但在穩定一段時間之后會因為凝固或者揮發而失效，受溫度影響也比較大，在室內檢測時，空氣流動緩慢，溫度比較恒定，因此耦合劑穩定較慢，但是穩定之前的變化依然很大，在幾秒的時間內，同一位置采集的信號就有很大的差別，這就給損傷檢測帶來很大困難，所述耦合劑采用蜂蜜作為耦合介質。

4.根據權利要求1所述的一種基于Lamb波時間場法在鋼管主梁中的損傷檢測方法，其特征在于，所述步驟S41由于鋼管主梁尺寸較小，下邊界反射和損傷邊界反射產生的反射波可能會同時到達，波包產生疊加現象非常嚴重，對由于損傷造成的反射難以識別，因此，設置激勵傳感器位于焊縫和接收傳感器之間。