一种桥式起重机主梁结构的损伤识别方法技术

本发明专利技术公开了一种桥式起重机主梁结构的损伤识别方法，基于应变模态分析对桥式起重机主梁结构的损伤进行识别，它包括以下步骤：步骤（1）采集主梁的应变模态数据；步骤（2）计算并拟合应变模态差分曲线；步骤（3）构建损伤位置敏感系数，定量分析确定损伤位置；步骤（4）使用损伤位置相邻的未损伤数据，建立ARMA模型；步骤（5）通过模型进行预测，得到损伤程度系数；步骤（6）建立损伤程度判定方程；步骤（7）结合损伤位置与程度的判定，完成损伤识别。本发明专利技术充分利用主梁结构的损伤与其振动力学特性的关系，不需要通过对比损伤前后主梁结构的振动参数或者物理参数来实现损伤识别，从而提高了桥式起重机主梁结构损伤识别的实际工程应用价值与效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于起重机安全检测
，具体涉及一种基于应变模态分析的桥式起重机主梁结构的损伤识别方法。
技术介绍
随着现代制造业和现代物流业的快速发展，部分起重机长期运行在重载、高使用频率的工作条件下，甚至存在超限运行的情况，而桥式起重机的主梁承受繁重载荷且受力复杂，容易出现以裂纹为形式的损伤，影响起重机运行的可靠性与安全性。因此，迫切需要提出有效的方法对主梁结构的损伤进行识别。结构损伤的理论与方法很多，但大部分都是通过对比损伤前后的物理参数或者振动模态参数来确定损伤位置与损伤程度。但对于大量在役设备，特别是原始技术资料不全的老旧设备，这些方法存在实际应用上的困难。而且，现有少量的不需要原始数据的损伤识别方法，存在计算繁琐，识别的结果易受到实际测量中误差的影响等问题。因此，考虑到桥式起重机主梁的损伤与振动特性的关系，充分利用便于可靠测量的前几阶应变模态数据，通过建立数学模型分别对损伤位置和损伤程度进行定量分析，从而实现桥式起重机主梁结构的损伤识别，提高了损伤识别的可行性与可靠性，故提出一种基于应变模态分析的桥式起重机主梁结构的损伤识别方法。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术基于上述存在的技术问题，提出了一种基于应变模态分析的桥式起重机主梁结构的损伤识别方法，不再需要通过对比损伤前后主梁的物理参数或者模态参数的变化来进行损伤识别，而是通过综合分析现有主梁的前几阶可测有效应变模态数据，构建损伤位置敏感系数并定量分析来识别损伤位置，使用损伤区域相邻未损伤区域的应变模态差分数据建立ARMA模型，通过构建损伤程度系数来识别损伤程度，从而完成主梁结构的损伤识别。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种桥式起重机主梁结构的损伤识别方法，基于应变模态分析对桥式起重机主梁结构的损伤进行识别，包括如下步骤：S1.采集主梁的应变模态数据：在待识别主梁上的均布节点安装应变传感器，采集主梁在受到冲击载荷(如重物提升启动、紧急制动等)情况下的各个节点的前几阶可测的有效应变模态数据；S2.计算并拟合应变模态差分曲线：S2.1使用差分算法，对获取的应变模态数据进行差分计算，得到各个节点的应变模态差分数据；S2.2使用三次样条插值法，按顺序将相邻节点的应变模态差分值拟合成光滑、连续的曲线，得到主梁的应变模态差分曲线；S3.构建损伤位置敏感系数，定量分析确定损伤位置：由S2.2得到主梁的前几阶的应变模态差分曲线，以及三次样条插值的系数矩阵，构建损伤位置敏感系数，通过定量计算得到损伤位置；S4.使用损伤位置相邻的未损伤数据，建立ARMA模型：在S3确定的损伤位置的相邻区域，选取未损伤区域的应变模态差分数据，建立时间序列及自回归滑动平均模型(ARMA)，预处理后确定ARMA模型形式及模型参数；S5.通过模型进行预测，得到损伤程度系数：使用S4建立的ARMA模型的外推功能，对损伤位置的应变模态差分值进行预测，根据预测值与实测计算值的变化程度，建立损伤程度系数；S6.构建损伤程度判定方程：根据损伤程度系数与损伤程度的关系，进行三次多项式拟合，建立损伤程度判定方程，实现损伤程度的判定；S7.完成损伤识别：在实际应用中，根据求得的损伤位置以及损伤程度，完成对桥式起重机主梁结构的损伤识别。有益效果：本专利技术充分利用主梁结构的损伤与其振动力学特性的关系，不需要通过对比损伤前后主梁结构的振动参数或者物理参数来实现损伤识别，从而提高了桥式起重机主梁结构损伤识别的实际工程应用价值与效果，具备以下显著的进步：1)本专利技术仅仅需要通过测量并分析主梁现有的前几阶可测的有效应变模态数据来进行结构的损伤识别，避免了现有结构损伤识别方法往往需要损伤前的物理参数或者模态参数来进行对比的缺点，提高了主梁结构的损伤识别的工程应用价值；2)构建的损伤位置敏感系数，能定量反映损伤对局部应变模态的影响，并且通过综合分析前几阶应变模态差分曲线所对应的损伤敏感系数来确定损伤位置，提高了损伤定位的准确程度；3)使用损伤相邻区域的未损伤应变模态差分数据来构建ARMA模型，通过模型的预测功能来确定损伤节点的应变模态差分数值的变化情况，通过构建损伤程度系数来识别损伤程度，可以充分利用结构的局部特性来提高损伤程度识别的准确性，避免了主梁不同位置、不同模态阶次对损伤程度识别带来的影响。除了上面所述的本专利技术解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本专利技术的一种桥式起重机主梁结构的损伤识别方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。附图说明图1是本专利技术实施例的损伤识别方法的流程框图。图2是S2中得到的应变模态差分曲线。图3是S3中综合分析损伤位置敏感系数IDSI的对比图，确定损伤位置。图4所示的是在S4.1中，对损伤位置相邻的未损伤数据建立时间序列{xt本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种桥式起重机主梁结构的损伤识别方法，其特征在于，基于应变模态分析对桥式起重机主梁结构的损伤进行识别，包括以下步骤：S1，采集主梁的应变模态数据；S2，计算并拟合应变模态差分曲线；S3，构建损伤位置敏感系数，定量分析确定损伤位置；S4，使用损伤位置相邻的未损伤数据，建立ARMA模型；S5，通过模型进行预测，得到损伤程度系数；S6，构建损伤程度判定方程；S7，完成损伤识别。

【技术特征摘要】
1.一种桥式起重机主梁结构的损伤识别方法，其特征在于，基于应变模态分析对桥式起重机主梁结构的损伤进行识别，包括以下步骤：S1，采集主梁的应变模态数据；S2，计算并拟合应变模态差分曲线；S3，构建损伤位置敏感系数，定量分析确定损伤位置；S4，使用损伤位置相邻的未损伤数据，建立ARMA模型；S5，通过模型进行预测，得到损伤程度系数；S6，构建损伤程度判定方程；S7，完成损伤识别。2.根据权利要求1所述的一种桥式起重机主梁结构的损伤识别方法，其特征在于，所述S1中，在待识别主梁上的均布节点安装应变传感器，采集主梁在受到冲击载荷情况下的各个节点的前几阶可测的有效应变模态数据。3.根据权利要求1所述的一种桥式起重机主梁结构的损伤识别方法，其特征在于，所述S2又包括以下步骤：S2.1使用差分算法，对获取的应变模态数据进行差分计算，得到各个节点的应变模态差分数据；S2.2使用三次样条插值法，按顺序将相邻节点的应变模态差分值拟合成光滑、连续的曲线，得到主梁的应变模态差分曲线。4.根据权利要求3所述的一种桥式起重机主梁结构的损伤识别方法，其特征在于，所述S3中，由S2.2得到主梁的前几阶的应变模态差分曲线，以及三次样条插值的系数矩阵，构建损伤位置敏感系数，通过定量分析得到损伤位置，包括以下步骤：S3.1将S2三次样条插值法得到的系数矩阵，构建成对角矩阵，并结合主梁上各个应变传感器安装节...

【专利技术属性】
技术研发人员：许飞云，杨会超，贾民平，胡建中，黄鹏，马家欣，黄凯，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32