【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构局部损伤监测的，更具体地，涉及一种用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法。
技术介绍
1、在结构局部损伤监测领域，常用的带隙形成机理有两种：一种是基于布拉格(bragg)散射机理的声子晶体，另一种是基于局域共振机理的超材料结构。
2、基于bragg散射机理的声子晶体，其主要取决于单胞的周期性和晶格常数，频率与晶格常数成反比例关系，带隙出现在波长与晶格常数相同数量级的频率范围内，因此，为了获得低频带隙，需要大的周期排布或晶格常数，即设计的声子晶体的体积结构较大。当待测目标的尺寸有限时，该声子晶体不符合实际工程结构损伤监测的装贴要求。
3、基于局域共振机理的超材料结构，其单胞主要由典型的弹簧-质量系统构成，固有频率取决于系统的刚度和质量，为了完成结构局部损伤监测，设计的弹性波调控结构的质量很大或刚度很小。与基于bragg散射机理的声子晶体不同，局域共振型低频带隙的晶格常数比传播波的波长小几个数量级，其产生的带隙和带宽主要取决于局域振子的几何参数和材料特性，而与单胞的周期性和排列方式无关。
4、对于后一形成机理，其监测结构常存在安装不便的问题，且无法根据损耗传输谷或禁带的变化规律监测板材的损伤情况，即无法及时预警，导致在应用过程中产生滞后性，极大地影响了局部损伤的监测效果。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于克服现有的基于局域共振机理的结构安装不便、监测过程易产生滞后性的缺陷，提供一种用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法，通过
2、为解决上述技术问题，本专利技术提出了如下一种用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法，包括以下步骤：
3、步骤s1、分析待监测目标的材料和结构特性，确定弹性波调控方法的可行性，其基于局域共振超材料设计思路，根据典型弹簧-质量系统的特性设计弹性波调控结构，可以对结构特征信号进行预先调制，调制后的结构响应曲线对裂纹、故障敏感，使得待监测目标的位移频率响应曲线、振动传递曲线、能带曲线在特定频率域中出现损耗传输谷或禁带；
4、步骤s2、确定弹性波调控结构的几何参数、物理参数及空间分布，调整等效质量、等效模量、材料损耗因子，确定最佳工作频率范围；
5、步骤s3、制备基底、谐振子和包覆层，并将其进行封装组合，形成弹性波调控结构，所述基底、谐振子和包覆层是这样设置的：包覆层对称设置于基底的一个侧面上，谐振子安装在包覆层内部，基底设有包覆层和谐振子的该侧面进行封装，使基底、谐振子和包覆层形成一个一体结构；
6、步骤s4、根据步骤s1所分析的待检测目标的结构特性，选择安装节点，避开结构模态节点位置，将步骤s3所制得的弹性波调控结构与待监测目标连接，形成一体化监测结构；
7、步骤s5、利用梁结构检测步骤s4所述的一体化监测结构的工作频率范围与设计值是否一致，若不一致，对所述工作频率范围进行校正；具体地，通过振动采集分析仪分析传递函数和传递率，确保实际值与理论设计值相符；
8、步骤s6、将经步骤s5校正的一体化监测结构应用于目标结构的局部损伤监测，用于实际结构的故障诊断信号调制。
9、进一步地，所述步骤1包括以下子步骤：
10、步骤s11、基于局域共振超材料设计思路，根据典型弹簧-质量系统的特性设计弹性波调控结构，对结构特征信号进行预先调制，调制后的结构响应曲线对裂纹、故障敏感，使待测结构的位移频率响应曲线、振动传递曲线、能带曲线在特定频率域中出现损耗传输谷或禁带；
11、步骤s12、所述弹簧-质量系统是弹性波调控结构的单胞结构，所述单胞结构是一个典型的弹簧-质量系统，其固有频率f可以通过下式获得：
12、
13、式中，k表示包覆层的弹性模量，单位为：n/m；
14、m表示谐振子质量，单位为：kg；
15、步骤s13、待监测目标受到简谐激励时，通过振动采集分析仪监测到由激励产生的弹性波，并对此弹性波做位移频响函数，得到频响函数曲线；
16、步骤s14、利用步骤s12所公开的公式反推出包覆层的弹性模量k和谐振子的质量m，根据反推结果选择对应的包覆层材料和相应质量密度的谐振子材料。
17、进一步地，步骤s2所述的几何参数包括谐振子和包覆层的长、宽、高尺寸，具体地，所述谐振子和包覆层可以是正方体、长方体、圆柱体、锥体等形状。
18、进一步地，步骤s2所述的物理参数包括谐振子的密度、包覆层的弹性模量、材料损耗因子，所述谐振子的密度为等效质量，所述包覆层的弹性模量为等效模量。
19、进一步地，步骤s2所述的空间分布包括谐振子的平面排列方式以及空间排列方式，其中，所述平面排列方式包括呈三角形、矩形、正方形等其中一种形状排列，所述空间排列方式包括呈n层排列，所述n为1、2、3等正整数。
20、进一步地，步骤s3中，所述谐振子由金属制成，所述谐振子、包覆层和基底连接为一个独立的整体结构，其目的是在于使弹性波调控结构具备互换性，便于装贴。
21、进一步地，所述连接方式为胶接或者共固化其中一种。
22、进一步地，步骤s5所述的梁结构为阶梯梁或者均匀梁其中一种。
23、进一步地，将弹性波调控结构设置在阶梯梁或者均匀梁结构的表面，通过振动采集分析仪对比装贴弹性波调控结构前后的位移频响函数曲线，经过弹性波调控结构预调制的所述频响函数曲线在中低频段产生强损耗谷；通过振动采集分析仪观测所述频响函数曲线的变化，校正弹性波调控结构，使其监测实际值与理论设计值相符。
24、进一步地，步骤s6中，将经校准后的弹性波调控结构连接于实际结构表面，通过对待测结构的弹性波进行预调制，实现目标结构的局部损伤监测。
25、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
26、1.本专利技术所制备的弹性波调控结构与待测目标产生强耦合，对目标结构的裂纹、刚度下降等故障特征信号进行预先调制，且对弹性波进行抑制，可实现对中低频范围的弹性波传播谷设计，有利于消除监测过程的滞后性；
27、2.通过内部的局域共振结构对激振产生的弹性波进行预先调控，使弹性波的传播能量发生改变，从而使结构局部损伤表现出固有频率和共振幅值突变，增强设备损伤识别的能力，有利于避免复杂的监测方式，只需简单分析振动波形，对传播谷附近的弹性波进行监测，即可根据幅值大小的波动来诊断结构是否出现局部损伤；
28、3.所述弹性波调控结构可根据目标需求选用材料，可选择范围广，结构互换性强，并且该结构采用一体化制备，进一步提升了结构的一致性和稳定性，同时，与声子晶体监测相比，基于局域共振机理的超材料结构具有特征放大、结构简单、装贴方便、实用性高、成本低等优点。
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1.一种用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法，其特征在于，所述步骤1包括以下子步骤：
3.根据权利要求1所述的用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法，其特征在于，步骤S2所述的几何参数包括谐振子和包覆层的长、宽、高尺寸。
4.根据权利要求1所述的用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法，其特征在于，步骤S2所述的物理参数包括谐振子的密度、包覆层的弹性模量、材料损耗因子。
5.根据权利要求1所述的用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法，其特征在于，步骤S2所述的空间分布包括谐振子的平面排列方式以及空间排列方式。
6.根据权利要求1所述的用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述谐振子由金属制成，所述谐振子、包覆层和基底连接为一个独立的整体结构。
7.根据权利要求1或6所述的用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法，其特征在于，所述连接方式为胶接或者共固化其中一种。
8.根
9.根据权利要求8所述的用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法，其特征在于，将弹性波调控结构设置在阶梯梁/均匀梁结构的表面，通过振动采集分析仪对比装贴弹性波调控结构前后的位移频响函数曲线，经过弹性波调控结构预调制的所述频响函数曲线在中低频段产生强损耗谷；通过振动采集分析仪观测所述频响函数曲线的变化，校正弹性波调控结构，使其监测实际值与理论设计值相符。
10.根据权利要求1所述的用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法，其特征在于，步骤S6中，将经校准后的弹性波调控结构连接于实际结构表面，通过对待测结构的弹性波进行预调制，实现目标结构的局部损伤监测。
...【技术特征摘要】
1.一种用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法，其特征在于，所述步骤1包括以下子步骤：
3.根据权利要求1所述的用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法，其特征在于，步骤s2所述的几何参数包括谐振子和包覆层的长、宽、高尺寸。
4.根据权利要求1所述的用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法，其特征在于，步骤s2所述的物理参数包括谐振子的密度、包覆层的弹性模量、材料损耗因子。
5.根据权利要求1所述的用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法，其特征在于，步骤s2所述的空间分布包括谐振子的平面排列方式以及空间排列方式。
6.根据权利要求1所述的用于局部损伤监测的弹性波调控结构制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述谐振子由金属制成，所述谐振子、包覆层和基底连接为一个独立的整体结构。
【专利技术属性】
技术研发人员：钟海彬，周雄峰，谷历文，
申请(专利权)人：广东省东莞市质量监督检测中心，
类型：发明
国别省市：
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