一种大型装卸机械设备金属结构损伤识别方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种大型装卸机械设备金属结构损伤识别方法及系统，属于结构监测领域，方法包括：在设定周期内，通过分布式光纤应变传感器采集金属结构表面的连续应变变化，并根据连续应变变化确定应力监测点；采用随机激励多点响应的方式，在所有应力监测点周围轮流敲击，同时通过三向光纤光栅应变传感器及长标距光纤光栅应变传感器实时采集各应力监测点处的应变，以得到各应力监测点处的时间历程应变数据；根据各应力监测点处的时间历程应变数据，基于频域分解法确定各应力监测点的应变模态参数；根据各应力监测点的应变模态参数确定对应各应力监测点处是否发生损伤及损伤程度。本发明专利技术提高了金属结构损伤识别的精度。本发明专利技术提高了金属结构损伤识别的精度。本发明专利技术提高了金属结构损伤识别的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种大型装卸机械设备金属结构损伤识别方法及系统


[0001]本专利技术涉及结构监测领域，特别是涉及一种大型装卸机械设备金属结构损伤识别方法及系统。

技术介绍

[0002]大型装卸机械设备(如起重机械)的主要受力结构件主要是以型钢和板材作为基础构件，采用焊接、螺栓连接等连接方式，根据一定规律连接而成的，能够承受相应载荷的金属结构，其占整台起重机械重量的60％～80％。对于存在时间累积特征的疲劳损伤破坏，由于在应力集中情况、载荷应力谱、应力循环次数与特征等估计不足，一旦金属结构出现严重缺陷导致事故的发生，将会造成巨大人员、财产损失及恶劣的社会影响。
[0003]目前大型装卸机械设备(如起重机械)的安全保障主要采用三种方式：(1)基于人工目视检查、无损检测方法进行的定检、特检以及日常维护，需要耗费大量时间、材料及人力，且定检、特检存在时间间隔，缺乏对突发事故的预警机制。(2)结构的静力测试，精度差、效率低且无法实现对结构状态实时和长期的监测。(3)采用电阻应变计和光纤光栅传感技术进行的结构应力状态监测，电阻应变片在长期的应力监测中会受到结构、温度或其他不确定因素的影响而产生零点漂移现象，这也会造成测量结果的不正确。
[0004]在应力状态监测中采用的是点式应力状态监测方法，监测点的选择主要通过仿真分析和经验筛选，具有不确定性，另外点式应变传感技术过于局部且离散性过大，难以表征结构关键区域的损伤变化规律。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种大型装卸机械设备金属结构损伤识别方法及系统，可提高金属结构损伤识别的精度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种大型装卸机械设备金属结构损伤识别方法，包括：
[0008]在设定周期内，通过分布式光纤应变传感器采集金属结构表面的连续应变变化，并根据连续应变变化确定应力监测点；
[0009]采用随机激励多点响应的方式，在所有应力监测点周围轮流敲击，以产生随机激励信号，同时通过三向光纤光栅应变传感器及长标距光纤光栅应变传感器实时采集各应力监测点处的应变，以得到各应力监测点处的时间历程应变数据；所述长标距光纤光栅应变传感器设置在金属结构表面线型区域的应力监测点处，所述三向光纤光栅应变传感器设置在金属结构表面圆形区域或不规则区域的应力监测点处；
[0010]根据各应力监测点处的时间历程应变数据，基于频域分解法确定各应力监测点的应变模态参数；
[0011]根据各应力监测点的应变模态参数确定对应各应力监测点处是否发生损伤，并根据发生损伤的应力监测点的应变模态参数确定损伤程度。
[0012]可选地，所述分布式光纤应变传感器采用蛇形方式固定在所述金属结构的表面。
[0013]可选地，根据各应力监测点处的时间历程应变数据，基于频域分解法确定各应力监测点的应变模态参数，具体包括：
[0014]针对任一应力监测点，对所述应力监测点处的时间历程应变数据进行傅里叶变换，并加汉宁窗，得到所述应力监测点的频谱数据；
[0015]根据所述应力监测点的频谱数据，采用应变频响函数确定所述应力监测点的应变模态参数。
[0016]可选地，所述应变模态参数包括固有频率、阻尼比及应变模态振型；
[0017]根据各应力监测点的应变模态参数确定对应各应力监测点处是否发生损伤，并根据发生损伤的应力监测点的应变模态参数确定损伤程度，具体包括：
[0018]针对任一应力监测点，计算所述应力监测点的应变模态振型与健康结构的应变模态振型的差值，得到所述应力监测点的振型差；
[0019]若所述应力监测点的振型差大于设定阈值，则所述应力监测点处发生损伤，否则所述应力监测点处未发生损伤；
[0020]在所述应力监测点处发生损伤时，根据所述应力监测点的振型差确定所述应力监测点处的损伤程度。
[0021]可选地，所述大型装卸机械设备金属结构损伤识别方法还包括：
[0022]通过光纤光栅温度传感器实时检测所述金属结构的表面温度；
[0023]根据所述表面温度对各应力监测点处的应变进行补偿。
[0024]为实现上述目的，本专利技术还提供了如下方案：
[0025]一种大型装卸机械设备金属结构损伤识别系统，包括：
[0026]分布式光纤应变传感器，设置在金属结构的表面，用于采集金属结构表面的连续应变变化；
[0027]监测平台，与所述分布式光纤应变传感器连接，用于根据金属结构表面的连续应变变化确定应力监测点，并采用随机激励多点响应的方式，在所有应力监测点周围轮流敲击，以产生随机激励信号；
[0028]三向光纤光栅应变传感器，设置在金属结构表面线型区域的应力监测点处，用于实时采集线型区域各应力监测点处的应变，以得到线型区域各应力监测点处的时间历程应变数据；
[0029]长标距光纤光栅应变传感器，设置在金属结构表面圆形区域或不规则区域的应力监测点处，用于实时采集圆形区域或不规则区域各应力监测点处的应变，以得到圆形区域或不规则区域各应力监测点处的时间历程应变数据；
[0030]所述监测平台还与所述三向光纤光栅应变传感器及所述长标距光纤光栅应变传感器连接，所述监测平台还用于根据各应力监测点处的时间历程应变数据，基于频域分解法确定各应力监测点的应变模态参数，根据各应力监测点的应变模态参数确定对应各应力监测点处是否发生损伤，并根据发生损伤的应力监测点的应变模态参数确定损伤程度。
[0031]可选地，所述分布式光纤应变传感器采用蛇形方式固定在所述金属结构的表面。
[0032]可选地，所述长标距光纤光栅应变传感器采用片式碳纤维基底封装，采用点焊方式设置在所述金属结构表面线型区域的应力监测点处；所述三向光纤光栅应变传感器采用
桥式封装形式，采用螺柱焊接方式设置在金属结构表面线型区域的应力监测点处。
[0033]可选地，所述长标距光纤光栅应变传感器的标距为60mm。
[0034]可选地，所述大型装卸机械设备金属结构损伤识别系统还包括：
[0035]光纤光栅温度传感器，设置在所述金属结构的表面，用于实时检测所述金属结构的表面温度；
[0036]所述监测平台还与所述光纤光栅温度传感器连接，所述监测平台还用于根据所述金属结构的表面温度对各应力监测点处的应变进行补偿。
[0037]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0038]本专利技术采用分布式光纤应变传感器采集金属结构表面的连续应变变化，并根据连续应变变化确定应力监测点，提高了应力监测点的准确度，采用三向光纤光栅应变传感器和长标距光纤光栅应变传感器相结合的方式采集各应力监测点处的应变，以得到各应力监测点处的时间历程应变数据，再基于频域分解法确定各应力监测点的应变模态参数，进而确定金属结构的损伤位置和损伤程度，实现了大型装卸机械设备运行过程中金属结构应力的精准实时在线监测，并提高了金属结构损伤识别的精度。
附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型装卸机械设备金属结构损伤识别方法，其特征在于，所述大型装卸机械设备金属结构损伤识别方法包括：在设定周期内，通过分布式光纤应变传感器采集金属结构表面的连续应变变化，并根据连续应变变化确定应力监测点；采用随机激励多点响应的方式，在所有应力监测点周围轮流敲击，以产生随机激励信号，同时通过三向光纤光栅应变传感器及长标距光纤光栅应变传感器实时采集各应力监测点处的应变，以得到各应力监测点处的时间历程应变数据；所述长标距光纤光栅应变传感器设置在金属结构表面线型区域的应力监测点处，所述三向光纤光栅应变传感器设置在金属结构表面圆形区域或不规则区域的应力监测点处；根据各应力监测点处的时间历程应变数据，基于频域分解法确定各应力监测点的应变模态参数；根据各应力监测点的应变模态参数确定对应各应力监测点处是否发生损伤，并根据发生损伤的应力监测点的应变模态参数确定损伤程度。2.根据权利要求1所述的大型装卸机械设备金属结构损伤识别方法，其特征在于，所述分布式光纤应变传感器采用蛇形方式固定在所述金属结构的表面。3.根据权利要求1所述的大型装卸机械设备金属结构损伤识别方法，其特征在于，根据各应力监测点处的时间历程应变数据，基于频域分解法确定各应力监测点的应变模态参数，具体包括：针对任一应力监测点，对所述应力监测点处的时间历程应变数据进行傅里叶变换，并加汉宁窗，得到所述应力监测点的频谱数据；根据所述应力监测点的频谱数据，采用应变频响函数确定所述应力监测点的应变模态参数。4.根据权利要求1所述的大型装卸机械设备金属结构损伤识别方法，其特征在于，所述应变模态参数包括固有频率、阻尼比及应变模态振型；根据各应力监测点的应变模态参数确定对应各应力监测点处是否发生损伤，并根据发生损伤的应力监测点的应变模态参数确定损伤程度，具体包括：针对任一应力监测点，计算所述应力监测点的应变模态振型与健康结构的应变模态振型的差值，得到所述应力监测点的振型差；若所述应力监测点的振型差大于设定阈值，则所述应力监测点处发生损伤，否则所述应力监测点处未发生损伤；在所述应力监测点处发生损伤时，根据所述应力监测点的振型差确定所述应力监测点处的损伤程度。5.根据权利要求1所述的大型装卸机械设备金属结构损伤识别方法，其特征在于，所述大型装卸机械设备金属结构损伤识别方法还包括：通过光纤光栅温度传感器实时检测所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光，丁克勤，张继旺，
申请(专利权)人：中国特种设备检测研究院，
类型：发明
国别省市：