一种新型焊接结构健康监测系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种新型焊接结构健康监测系统与方法，其解决了现有结构设计不合理，存在对于服役过程中钢结构的结构健康监测耐久性差、精确度低、无法实时长期掌握焊接结构裂纹尖端应力强度因子的技术问题。本发明专利技术提供一种新型的焊接结构健康监测系统，包括相互通过电连接的MFC传感器和信号采集与处理系统，采用MFC传感器对焊接结构焊缝周围的应变数据进行采集并将其转换为电压信号，采用信号采集与处理系统对MFC传感器输出的电压信号进行收集记录并计算处理后，得到裂纹应力强度因子；再结合裂纹应力强度因子进行安全评估、以及预测焊接结构的剩余寿命；同时还提供了其监测方法，可广泛应用于结构健康监测技术领域。

A new health monitoring system and method for welding structure

【技术实现步骤摘要】
一种新型焊接结构健康监测系统与方法
本专利技术属于结构健康监测
，具体涉及一种新型焊接结构健康监测系统与方法。
技术介绍
结构健康监测(Structurehealthmonitoring,SHM)是针对工程结构的损伤识别及其特征化的过程。结构损伤指的是在遭受外在载荷等因素的影响，结构的材料参数以及几何特征发生改变。结构健康监测的过程就是使用传感器对结构进行周期性采样，分析数据，从数据中提取对损伤敏感的特征因子，以确定结构当前健康状况的过程。近年来随着传感器技术、信息采集技术以及测试分析技术的发展，各种焊接结构健康监测系统在桥梁、建筑、水利等工程领域得到了广泛的应用。对一些大型焊接结构进行健康监测与安全评估，及时发现安全隐患，是保障大型工程结构建造和服役安全的有效手段之一。而现有结构健康监测技术在耐久性、监测精度以及最佳更化时间等方面存在问题。例如，对于焊接结构焊缝周边或大或小都会存在裂纹，裂纹的扩展将对结构的安全构成威胁。所以，对于服役过程中的钢结构的结构健康监测以及剩余寿命的有效预测的系统与方法是迫切需求的，且具有非常重要的意义本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型的焊接结构健康监测系统，其特征在于，包括相互通过电连接的MFC传感器和信号采集与处理系统，采用所述MFC传感器对焊接结构焊缝周围的应变数据进行采集并将其转换为电压信号，采用所述信号采集与处理系统对所述MFC传感器输出的电压信号进行收集记录并计算处理后，得到裂纹应力强度因子；再结合所述裂纹应力强度因子进行安全评估、以及预测焊接结构的剩余寿命；所述裂纹应力强度因子为反应焊缝裂纹尖端应力场强弱的物理量。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型的焊接结构健康监测系统，其特征在于，包括相互通过电连接的MFC传感器和信号采集与处理系统，采用所述MFC传感器对焊接结构焊缝周围的应变数据进行采集并将其转换为电压信号，采用所述信号采集与处理系统对所述MFC传感器输出的电压信号进行收集记录并计算处理后，得到裂纹应力强度因子；再结合所述裂纹应力强度因子进行安全评估、以及预测焊接结构的剩余寿命；所述裂纹应力强度因子为反应焊缝裂纹尖端应力场强弱的物理量。


2.根据权利要求1所述的一种新型的焊接结构健康监测系统，其特征在于，所述MFC传感器为压电陶瓷纤维传感器；所述信号采集与处理系统为东华测试的DH8302高性能动态信号测试分析系统。


3.一种新型的焊接结构健康监测方法，使用权利要求1-2任何一项所述的一种新型的焊接结构健康监测系统，包括以下步骤：
步骤(1)搭建测试平台：在焊缝周围粘贴固定MFC传感器，搭建测试平台后，接通电源；
步骤(2)测试计算裂纹应力强度因子：所述MFC传感器对焊缝周围的应变数据进行采集并将其转换为电压信号，所述信号采集与处理系统采集与处理系统对所述MFC传感器输出的电压信号，进行收集记录并计算处理后，得到裂纹应力强度因子(KI)；
步骤(3)焊接结构的安全评估：结合步骤(2)中得到裂纹应力强度因子(KI)，根据失效准则来判断焊接结构是否失效。


4.根据权利要求3所述的一种新型的焊接结构健康监测方法，其特征在于，还包括步骤(4)预测焊接结构的剩余寿命：根据剩余寿命预测模型—Paris公式来进行寿命预测计算。


5.根据权利要求3所述的一种新型的焊接结构健康监测方法，其特征在于，步骤(2)中所述获取裂纹应力强度因子(KI)计算方法如下：
所述MFC传感器输出的电压(V)和应力之间的关系如下式：
V＝M·T∫(σx+σy)dS(1)，
式(1)中：M为与传感器类型和粘贴环境有关的参数：Vmax为试验测输出的电压峰值；T为材料与压力有关的参数；
基于线弹性断裂力学,含裂纹损伤的应力σx+σy由下式可得：


...

【专利技术属性】
技术研发人员：于昌利，葛润发，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东;37