轻质栅格夹层材料的损伤诊断方法技术

本发明专利技术涉及轻质栅格夹层材料的损伤诊断方法的改进，具体讲是一种对轻质栅格夹层材料损伤程度的诊断方法。其主要针对在环境荷载的激励下，利用动力测试对材料进行无损检测的方法。本发明专利技术提出适用于轻质栅格夹层材料实时监测的损伤程度诊断方法，用于建立材料健康监测系统，提高材料的疲劳寿命，以达到提高结构的安全性、经济性。利用模态分析技术进行栅格夹层材料的损伤诊断是在模态分析技术发展到比较完备阶段的边缘应用技术。它的基本原理是：各种形式的损伤，诸如结构出现裂纹、部分构件剥离和单元脱节等等都会引起系统质量或刚度发生变化，进而引起模态参数的变化，从而通过模态参数的变化来判定、评价损伤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的改进，具体讲是一种对轻质栅格夹层材 料损伤程度的诊断方法。其主要针对在环境荷载的激励下，利用动力测试对材料进行无损检 测的方法。本专利技术提出适用于轻质栅格夹层材料实时监测的损伤程度诊断方法，用于建立材 料健康监测系统，提高材料的疲劳寿命，以达到提高结构的安全性、经济性。
技术介绍
轻质栅格夹层材料长期服役在各种自然及工业环境中，并受到各种载荷(如热载荷、冲击 载荷等)的交互作用，其结构复杂、造价昂贵， 一旦发生损伤，不仅会对工业设备造成很大 的损伤，还有可能造成不可估量的经济损失和人员伤亡。通常损伤在结构服役期间是不可避 免的，为了确保人的生命安全、减少财产损失，唯一的方法是诊断出结构的损伤，并能及时 进行修复。与已被广泛应用于无损检测的X射线照相技术、声发射技术、电涡流、超声波探 伤、声波探测等技术相比较，利用材料结构振动特性进行损伤诊断具有信号易于提取，探测 器可以安装在人们不宜接近的结构部位进行长期在线测量等优点，所以众多的专家学者正试 图把结构振动模态分析发展为一种新的栅格夹层材料的损伤诊断技术。
技术实现思路
利用模态分析技术进行栅格夹层材料的损伤诊断是在模态分析技术发展到比较完备阶段 的边缘应用技术。它的基本原理是各种形式的损伤，诸如结构出现裂纹、部分构件剥离和 单元脱节等等都会引起系统质量或刚度发生变化，进而引起模态参数的变化，从而通过模态 参数的变化来判定、评价损伤。从基于结构动力特性变化的材料无损检测方法的文献中，可以看到大多数方法存在一些 实际应用的局限，需要完备的模态信息，高阶的模态参数等等。本专利技术针对上述局限性，提 出新的专利技术目的是应用子结构模态应变能方法，在损伤位置巳知的情况下，对损伤的程度 进行诊断，本专利技术只需要低阶的局部的结构模态信息就能对轻质栅格夹层材料损伤程度给出 准确的诊断。本专利技术基于一个典型的轻质栅格夹层梁或者其它栅格结构，其主要构件是由柱构件，水 平撑构件以及斜撑构件组成的。当栅格夹层梁中的构件发生损伤的时候，构件的刚度值会降 低，与此相对应，该构件附近的模态振型有显著的变化，从而通过模态和结构的关系来判定、 评价损伤。。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是利用工程框架结构振动的实测数据，通过 系统参数识别技术判断结构动力参数的变化，将结构所识别模态参数损伤前后相应值之间的 显著差异作为有损伤的标志，并利用已有技术判断损伤位置后，采用本技术方案中子结构模 态应变能法建立损伤与结构参数的关系诊断结构损伤的程度，其包括如下步骤(1) 数据采集步骤采集材料未损伤状态的环境荷载激励下动力响应数据，并存入专用存 储器中，其次，将上述材料的损伤状态的环境荷载激励下动力响应数据存入存储器；(2) 损伤识别定位步骤利用模态参数识别技术取得结构损伤前后的模态参数，并确定材 料构件损伤出现的位置；(3) 损伤程度诊断步骤确定材料构件损伤位置之后，应用子结构模态应变能方法诊断上 述材料构件损伤程度。所述的(3)损伤程度诊断步骤中应用子结构模态应变能方法诊断材料构件损伤程度，是 利用了构件损伤与材料结构振动参数的关系，艮口-子结构模态应变能法的结构振动控制方程dEu)d+i;/=1 2=1 户l其中O^L,是栅格材料中第s个子结构的第v阶模态振型，是传递函数矩阵，是边界单元刚度矩 阵，是边界单元质量矩阵，是弹性支撑刚度矩阵，是损伤构件刚度矩阵。当以上参数已经取得的条件下，解方程可以得到材料第z个子结构中第j个构件的损伤程度c^ 。以上所述完好材料参数及其动力响应数据，其或是弹性模量，和/或是剪切模量，和/或 是材料密度，和/或是加速度，和/或是速度，和/或是位移。以上所述损伤材料参数及其实测动力响应数据，其或是弹性模量，和/或是剪切模量，和 域是材料密度，和/或是加速度，和/或是速度，和/或是位移。本专利技术的有益效果是， 一、利用环境激励进行振动测试，整个损伤诊断过程不会影响结 构的正常工作，而且环境激励下的振动测试使得长期和在线的材料结构健康监测成为可能， 二、利用子结构模态应变能，只需要部分的低阶的结构模态信息就能对框架结构损伤程度给 出准确的诊断。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图l是本专利技术的技术流程图。图2是本专利技术的实施轻质栅格夹层梁模型图。图3是本专利技术的实施轻质栅格夹层梁有限元示意图。具体实施方式，本专利技术的保护范围不仅局限于以下实施例中。一、 建立有限元数值模型 本专利技术的实施例是模拟研究了弹性支撑下轻质栅格夹层梁，结构由竖直的柱、水平撑和斜撑构件组成，共10个子结构，40个构件单元，见图1所示。利用计算软件MATLAB产生了模拟 的动力响应数据。二、 材料构件损伤程度诊断 前面所介绍的有限元模型是作为一个基准模型。为了便于诊断结果的说明，栅格夹层梁的每一个子结构以及每一个构件用不同的数标示。本实施例模拟了三种典型的损伤工况，包 括柱构件损伤，水平撑构件损伤，斜撑构件损伤。具体的损伤工况见表l所示。表l模拟损伤工况损伤工况损伤构件单元号构件刚度损失A柱215%B水平撑225%C斜撑235%4损伤工况A—_柱构件损伤模拟的是单元21刚度损失了5%;运用本专利技术提出的子结构模 态应变法，计算得到了正确的构件损伤程度。损伤工况B__水平撑构件损伤模拟的是单元 22刚度损失了5%;运用本专利技术提出的子结构模态应变法，计算得到了正确的构件损伤程度。 损伤工况C一一斜撑构件损伤模拟的是单元23刚度损失了5%;运用本专利技术提出的子结构模态 应变法，计算得到了正确的构件损伤程度。计算所利用的模态阶数及测试的子结构的位置见表2。<table>table see original document page 5</column></row><table>本领域的普通技术人员都会理解，在本专利技术的保护范围内，对于上述实施例进行修改， 添加和替换都是可能的，其都没有超出本专利技术的保护范围。权利要求1. 一种对轻质栅格夹层材料损伤的诊断方法，其特性在于所述的诊断方法是基于轻质栅格夹层材料在役结构动力特性而实施的方法，其包括如下步骤(1)数据采集步骤采集材料未损伤状态的环境荷载激励下动力响应数据，并存入专用存储器中，其次，将上述材料的损伤状态的环境荷载激励下动力响应数据存入存储器；(2)损伤识别定位步骤利用模态参数识别技术取得结构损伤前后的模态参数，并确定材料构件损伤出现的位置；(3)损伤程度诊断步骤确定材料构件损伤位置之后，应用子结构模态应变能方法诊断上述材料构件损伤程度。2. 根据权利要求l所述，其特征在于所述的(3)损伤程 度诊断步骤中应用子结构模态应变能方法诊断材料构件损伤程度，是利用了构件损伤与材料 结构振动参数的关系，艮P:d￡,-^同肌,+l:是传递函数矩阵，是边界单元质量矩阵，是损伤构件刚度矩阵。当以上参数已经取得的条件下，解方程可 以得到材料第z个子结构中第j个构"-的损伤程度c^ 。3. 根据权利要求l所述，其特征在于所述的完好材料参数及其动力响应数据，其或是弹性模量，和/或是剪切模量，和/或是材料密度，和/或是加速 度，和/或是速度，和/或是位移。4. 根据权利要求l所述，其特征在于所述损伤材料参数 及其实测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对轻质栅格夹层材料损伤的诊断方法，其特性在于：所述的诊断方法是基于轻质栅格夹层材料在役结构动力特性而实施的方法，其包括如下步骤：　（１）数据采集步骤：采集材料未损伤状态的环境荷载激励下动力响应数据，并存入专用存储器中，其次，将上述 材料的损伤状态的环境荷载激励下动力响应数据存入存储器；　（２）损伤识别定位步骤：利用模态参数识别技术取得结构损伤前后的模态参数，并确定材料构件损伤出现的位置；　（３）损伤程度诊断步骤：确定材料构件损伤位置之后，应用子结构模态应变 能方法诊断上述材料构件损伤程度。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹征南，
申请(专利权)人：尹征南，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]