一种细长复合材料的损伤检测系统及其检测方法技术方案

一种细长复合材料的损伤检测系统及其检测方法，细长复合材料的损伤检测系统，包括测量细长复合材料模态振型的测量装置、傅立叶模态曲率计算模块和判断模块，所述模态振型测量装置包括用于敲击所述细长复合材料上间隔h均匀分布的测量点的力锤、测量所述测量点的加速度的加速度传感器以及模态振型测量模块，连接所述加速度传感器的所述模态振型测量模块基于所述加速度生成模态振型(WX)，所述傅立叶模态曲率计算模块通过公式(F1)计算得到傅立叶模态曲率(w″x)，所述判断模块连接所述傅立叶模态曲率计算模块，如果所述傅立叶模态曲率(w″x)大于预定阈值，所述判断模块判定所述傅立叶模态曲率(w″x)大于预定阈值的测量点为损伤位置。

Damage detection system and detection method for slender composite material

A slender composite damage detection system and method, the damage detection system for slender composite materials, measuring device, including modal vibration measurement of slender composite Fu Liye modal curvature calculation module and a judging module, the modal measurement device includes an acceleration sensor and modal measurement module knocking the interval h the slender composite material evenly distributed on the measuring point of hammer, measurement of the measuring point of acceleration, the modal measurement module is connected with the acceleration sensor based on the acceleration of generation mode (WX), the Fu Liye curvature calculation module by formula (F1) calculated by Fu Liye modal curvature (W \x), the judgment calculation module of the Fu Liye curvature modal module connection, if the Fu Liye curvature mode (W x) is higher than a predetermined The judging module judges that the measuring point of the Fu Liye mode curvature (W \x) greater than the predetermined threshold is the damage location.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合材料无损检测领域，特别是涉及一种细长复合材料的损伤检测系统及其检测方法。
技术介绍
复合材料在风力发电机、飞机叶片、航空发动机中有着广泛的应用，且损伤高发，因此对其进行快速的损伤检测显得十分重要。传统的无损检测技术均在不同程度上难以满足工程结构损伤检测中在线、在位及所损伤检测通用性的要求，如磁粉探伤方法只能适用于铁磁性材料的表面损伤检测，荧光探伤方法仅能适用于结构件表面裂纹检测，且需在特殊光照环境中进行辨识，X射线检测设备昂贵，电磁辐射危害健康，而超声检测对工作表面要求严格，对缺陷揭示缺乏直观性，不适于表面缺陷的检测，因此以上方法均不易实现任意材料表面、内部损伤的在线在位损伤监测。而另一方面，在结构运行过程中大量存在着振动信号，诸如位移、速度、加速度、动态应力应变等，对于这些信号的测试与分析往往不会影响到结构的运转或工位，因此利用振动信号进行结构动力学无损检测具有一定意义。目前，国内外对一般结构的动力学无损检测技术研究主要集中在建立数学模型、动力学分析等方面，其实现方法主要为使用现时结构振型与前期健康振型做差得到振型变化，继而通过振型变化程度和变化发生位置判定裂纹发生。由于结构健康数据的使用，影响了这些方法的实时性和高效性，因此在对解决实际工程中无参考数据对比的结构动力学无损检测中显得无能为力。专利文献CN103592365公开了一种转子裂纹快速检测方法包括以下步骤：(1)利用非接触式传感器对转子在不同转速运行状态下的位移进行逐点测试，得到各测点的转子位移数据，连接成曲线，成为运行响应振型；(2)对运行响应振型d进行中心差分，计算转子的曲率振型w，其中，测点i的曲率振型wi表示为：wi＝di+1-2di+di-1h2---(1)，其中角标i表示测点编号，h表示相邻测点间的物理距离，di表示测点i的振型幅值；(3)计算曲率振型的波形维数，形成曲率维数曲线，即曲率维数裂纹指示曲线；(4)分析曲率维数裂纹指示曲线的峰值，根据最高峰值、最低峰值和次高峰值之间的大小关系，判定转子是否存在裂纹，并对裂纹进行定位。该专利通过现时测量模态振型即对转子进行裂纹检测，该专利文献也是本申请人前期的专利技术成果，但该专利还有待进一步提高，该专利获取的曲率振型噪声大，精确度还有待提升，需要对获得模态振型和模态振型曲率进一步优化。专利文献CN104567762公开的一种工程机械臂架在线监测方法包括：接收臂架的各节臂上多个离散点的曲率半径以及一个离散点所在圆弧的切线相对于水平面的夹角；根据所述多个离散点的曲率半径以及所述一个离散点所在圆弧的切线相对于水平面的夹角监测臂架的形状。该专利实现了快速和实时地监测臂架的形状，但该专利无法实时进行无损检测，无法快速识别复合材料的损伤位置，不适合现场指导复合材料一维结构损伤检测。专利文献CN105424350公开了一种基于机器视觉的薄壁件模态测试系统包括薄壁件、CCD工业相机、普通LED光源、激振器、激振器控制装置、计算机图像处理装置；薄壁件的一端被固定在激振器下方的激振头上，另一端处于自由悬空状态，在薄壁件的侧表面上设置反光贴；激振器悬挂在固定支架上，CCD工业相机用三脚架水平固定在装置的正前方，CCD工业相机的输出端与计算机图像处理装置的输入端相连，计算机图像处理装置的输出端与激振器控制装置相连，普通LED光源设置在摄像机的左前方；激振器控制装置的输出端与功率放大器的输入端相连，功率放大器的输出端与激振器的激振头相连，激振头末端安装加速度传感器，加速度传感器的输出端与激振器控制装置相连。该专利跟踪薄壁梁件上的反光贴特征点的位移，可得到薄壁件上多点的振动信息，并可对多点的振动信息进行同步分析，进而可得到固有频率以及固有频率下的振型，但该专利需要跟踪反光贴，限制了应用范围，且仅通过振型无法进行无损检测，无法快速识别复合材料的损伤位置，不适合现场指导复合材料一维结构损伤检测。因此，本领域急需要解决的技术问题在于提供一种具有对细长复合材料统计可变性小、噪声免疫力强、测量精度高，可以快速识别复合材料一维结构的损伤位置，具有运算实施性好，简单易行，适合现场指导复合材料一维结构损伤检测的复合材料探测系统。在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术针对细长的复合材料的无损检测提供了一种检测系统，其通过得到多阶模态振型，然后进行曲率计算和傅里叶变换，优化了检测效果，过滤了检测噪声，提高了测量精度，且简单易行。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现。根据本专利技术的一方面，一种细长复合材料的损伤检测系统包括测量细长复合材料模态振型的测量装置、傅立叶模态曲率计算模块和判断模块，所述模态振型测量装置包括用于敲击所述细长复合材料上间隔h均匀分布的测量点的力锤、测量所述测量点的加速度的加速度传感器以及模态振型测量模块，连接所述加速度传感器的所述模态振型测量模块基于所述加速度生成模态振型，所述傅立叶模态曲率计算模块通过公式计算得到傅立叶模态曲率，其中，h表示所述测量点间距，k表示为测量点x坐标值的倒数，e表示自然常数，Wx表示所测量的模态振型，所述判断模块连接所述傅立叶模态曲率计算模块，如果所述傅立叶模态曲率大于预定阈值，所述判断模块判定所述傅立叶模态曲率大于预定阈值的测量点为损伤位置。优选地，所述预定阈值为3σ准则所给定的阈值。优选地，所述细长复合材料的损伤检测系统还包括绘图模块，所述绘图模块连接所述模态振型测量模块且绘制模态振型曲线，所述绘图模块连接所述傅立叶模态曲率计算模块且绘制傅立叶模态曲率曲线。优选地，所述模态振型曲线为1-4阶模态振型曲线。优选地，所述测量点为间隔h均匀分布的8乘以n个测量点，其中n为模态振型的阶数。优选地，所述傅立叶模态曲率计算模块包括计算单元和傅立叶变换单元。优选地，所述模态振型测量模块为模态分析设备，所述判断模块为数字信号处理器。根据本专利技术的另一方面，一种使用所述的细长复合材料的损伤检测系统的检测方法包括以下步骤。第一步骤中，所述力锤敲击所述细长复合材料上间隔h均匀分布的测量点，加速度传感器测量所述测量点的加速度，所述模态振型测量模块基于所述加速度生成模态振型。第二步骤中，所述傅立叶模态曲率计算模块通过公式(F1)计算得到傅立叶模态曲率， (F1)，其中，h表示测量点的间距，k表示为测量点x坐标值的倒数，e表示自然常数，WX表示所测量的模态振型。第三步骤中，所述判断模块连接所述傅立叶模态曲率计算模块，如果所述傅立叶模态曲率大于预定阈值，所述判断模块判定所述傅立叶模态曲率大于预定阈值的测量点为损伤位置。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使得本专利技术的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本专利技术的具体实施方式进行举例说明。附图说明通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本专利技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种细长复合材料的损伤检测系统，其包括测量细长复合材料模态振型的测量装置(1)、傅立叶模态曲率计算模块(2)和判断模块(3)，其特征在于：所述模态振型测量装置(1)包括用于敲击所述细长复合材料上间隔h均匀分布的测量点的力锤(4)、测量所述测量点的加速度的加速度传感器(5)以及模态振型测量模块(6)，连接所述加速度传感器(5)的所述模态振型测量模块(6)基于所述加速度生成模态振型(WX)，所述傅立叶模态曲率计算模块(2)通过公式(F1)计算得到傅立叶模态曲率(w″x)，wx′′=-h2πΣkk2eikx(Σxe-ikxwx)---(F1),]]>其中，h表示所述测量点间距，k表示为测量点x坐标值的倒数，e表示自然常数，WX表示所测量的模态振型，所述判断模块(3)连接所述傅立叶模态曲率计算模块(2)，如果所述傅立叶模态曲率(w″x)大于预定阈值，所述判断模块(3)判定所述傅立叶模态曲率(w″x)大于预定阈值的测量点为损伤位置。

【技术特征摘要】
1.一种细长复合材料的损伤检测系统，其包括测量细长复合材料模态振型的测量装置(1)、傅立叶模态曲率计算模块(2)和判断模块(3)，其特征在于：所述模态振型测量装置(1)包括用于敲击所述细长复合材料上间隔h均匀分布的测量点的力锤(4)、测量所述测量点的加速度的加速度传感器(5)以及模态振型测量模块(6)，连接所述加速度传感器(5)的所述模态振型测量模块(6)基于所述加速度生成模态振型(WX)，所述傅立叶模态曲率计算模块(2)通过公式(F1)计算得到傅立叶模态曲率(w″x)， w x ′ ′ = - h 2 π Σ k k 2 e ikx ( Σ x e - ikx w x ) - - - ( F 1 ) , ]]>其中，h表示所述测量点间距，k表示为测量点x坐标值的倒数，e表示自然常数，WX表示所测量的模态振型，所述判断模块(3)连接所述傅立叶模态曲率计算模块(2)，如果所述傅立叶模态曲率(w″x)大于预定阈值，所述判断模块(3)判定所述傅立叶模态曲率(w″x)大于预定阈值的测量点为损伤位置。2.根据权利要求1所述的细长复合材料的损伤检测系统，其特征在于：优选的，所述预定阈值为3σ准则所给定的阈值。3.根据权利要求1所述的细长复合材料的损伤检测系统，其特征在于：所述细长复合材料的损伤检测系统还包括绘图模块(7)，所述绘图模块(7)连接所述模态振型测量模块(6)且绘制模态振型曲线，所述绘图模块(7)连接所述傅立叶模态曲率计算模块(2)且绘制傅立叶模态曲率曲线。4.根据权利要求3所述的细长复合材料的损伤检测系统，其特征在于：所述模态振型曲线为1-4阶模态振型曲线。5.根据权利要求1所述的细长复合材料的损伤检测系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志勃，陈雪峰，严如强，张兴武，王诗彬，田绍华，郭艳婕，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61