[发明专利]基于导向波的厚梁结构损伤检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测技术领域的方法，具体是一种基于导向波的厚梁结构损伤检测方法。

背景技术

随着社会的发展进步，人们对于生产及生活安全的要求越来越高。梁结构在土木建筑工程以及重工机械领域有着广泛的应用，而且在结构系统中经常处于关键位置。梁结构的健康安全状况对于整个结构系统来说至关重要。以钢梁结构为例，钢梁结构由于在制作或构造上存在缺陷，而这些缺陷就容易成为裂纹的起源。一般来说裂纹形成后，其疲劳破坏阶段可分为裂纹扩展和最后断裂两个阶段；裂纹扩展阶段是缓慢和较为隐蔽的，而断裂是裂纹扩展到一定阶段瞬间完成的，往往导致灾难性事故，危险性极大。因此在不破坏结构的前提下，对结构检测并识别出损伤的位置以及严重程度是非常必要的。传统的无损检测方法主要有目测法、渗透法、磁粉检测、电涡流检测、射线法、超声波检测法；随着科技的进步，一些非常规的无损检测方法如声发射、微波、红外和全息照相等新的无损检测方法也不断涌现。这些方法对梁进行检测时，往往只能检测特定的点或者很小的一个区域，而且费时费力。

经过对现有相关技术文献进行检索发现，中国专利申请号：200620034033.9专利名称为：基于阻抗成像的混凝土损伤检测设备，其基于阻抗成像检测损伤，需要安装安装数量众多的电极并进行多次测量(实例中简单正方形试件，安装了十六个电极，进行了八次测量平均)，操作步骤相对繁琐。

结构健康监测(SHM)是在无损检测的基础上发展起来的概念，借鉴了很多无损检测方法，但是结构健康监测更强调在线实时监控。基于导向波的损伤检测方法正是基于结构健康监控，该方法能够利用导向波的传播而实现大面积的无损检测，而且借助于嵌入式传感器能够实现在线实时的损伤检测。兰姆波(LambWave)是导向波的一种，该波对于损伤有很高的敏感度，也就是兰姆波在结构中传播时，当遇到不连续(如边界、损伤)时会产生反射和透射。兰姆波方法一般是在结构上布置一定数量的换能器(换能器包括激振器和传感器)，并配套相应的信号发生、放大、采集设备。监测时首先通过激振器向结构中激发产生一定的波形，通过布置的传感器便可接收到系统的响应(包括损伤产生的响应)。这些采集到的信号经过处理分析便可得到结构系统的损伤信息。该方法能够快速的对较大区域的结构进行检测，在近些年得到广泛的学术关注。但是由于兰姆波随厚度与激励频率乘积的增加会变的复杂：产生越来越多模式，增加了信号处理分析的复杂度，所以对此类研究通常集中于板结构(板厚远小于波长，往往不超过10mm厚)。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术上的不足，提供一种基于导向波的厚梁结构损伤检测方法，实现对厚度在10mm-60mm的厚梁结构损伤的检测，且步骤简便。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括以下步骤：

第一步：换能器布置(激振器、传感器)。在梁的一端并排布置激振器产生力和位移信号，布置反射传感器获取反射信号，在梁的另一端布置透射传感器获取透射信号；

所述换能器一般采用压电陶瓷材料制成。这种材料能将电信号转变为力和位移信号，同时也能将力信号转变为电信号，所以既可以用作激振器，又可以用作传感器。

第二步：激励信号设置，测量检测对象的几何尺寸，长度小于1m的采用3.5周期的波形，长度在1m以上的采用5个周期的波形，将最佳频率厚度积区域的值除以厚度尺寸得到激励信号的频率，最后对激励信号施加窗函数；

第三步：激励信号产生、传播、采集。连接好基于导向波的检测系统，将步骤二设置好的激励信号通过波形发生器发生，并经放大器放大后进入激振器，继而到达传感器，最后被采集系统获取并保存于PC。

激励器在梁中激励出兰姆波，兰姆波在梁中传播，继而到达传感器；反射传感器和透射传感器可以将信号转换成电信号，该电信号(电荷或者弱电压)经信号调理设备调理(电荷转换为电压或电压放大)后被采集。

第四步：信号处理与分析、损伤识别，通过信号处理方法对信号进行去噪和处理以识别各类波形，根据边界反射的波形计算导波的群速度，然后根据群速度计算损伤反射波的位置，通过损伤反射波波峰值与反射传感器信号第一个波包的峰值的比值得到损伤严重程度。

在第四步损伤识别时，以反射传感器信号为主、透射传感器信号为辅进行判别决策。

所述的最佳频率厚度积区域为在导向波的频散曲线的一个区域，在这个区域内，导向波有最少的模式，并且模式的变化相对平缓。