[发明专利]一种三维复杂构件局部损伤的在线检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维复杂结构件局部损伤的在线检测方法。

背景技术

大量的工程结构在制造及使用过程中由于制造缺陷或各种复杂及疲劳载荷的作用，往往在其局部产生不同程度的微小缺陷群或裂纹群，造成结构剩余强度的下降，进而导致结构使用寿命的缩短。工程上如罐体在制造及运输安装过程中可能受到的撞击，航空航天器中的曲梁等结构在使用过程中局部应力集中部位可能产生的疲劳微裂纹损伤等等。这类损伤的共同特点是结构复杂，形成的微缺陷在疲劳载荷及其他环境影响下会发生演化扩展，导致局部材料的刚度及强度的劣化。

尽管针对结构材料的这类损伤已经进行了长期的、大量的研究，也建立了诸多的诸如刚度或柔度的理论。结构损伤的评定及检测在典型情况及实验室中得到了极大的发展。但是工程中大量的结构损伤现象都无法脱离整体结构而进行简单的试验及实验室的评定。针对复杂结构的局部损伤，基于结构的无损在线评定或检测方法就显得极其重要。然而这方面的研究及试验工作目前并未见有详细报道。

M积分可以准确地描述结构材料中微缺陷型损伤对整体结构的影响。同时，M积分又与由于微缺陷或微裂纹群的形成而导致的结构总势能的变化量有确定的对应关系。同时其又具有路径无关积分的性质。另一方面，针对简单的裂纹情况，M积分从微观裂纹尺度上又可以有效地与裂纹尖端的能量释放率以及应力强度因子联系起来。可以用来评估裂纹的演化过程。因此，M积分用来评估结构材料的损伤及演化，具有不受结构复杂程度影响及结构尺寸影响的优势，成为目前为止较好的结构材料损伤参数。

然而，要将M积分更好地应用在结构材料的损伤在线检测中，还需要克服该参数受外加载荷的变化而变化这一非结构材料本征参数的影响。

发明内容

本发明为了克服M积分受外加载荷的变化而变化这一非结构材料本征参数的影响，提出了一种基于间接测量系统相对总势能的改变参量H来获得复杂结构材料损伤程度的在线无损测量方法。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种三维复杂构件局部损伤的在线检测方法，包括下述步骤：

a.针对于三维复杂构件中存在的各种形式的微缺陷群的损伤情况，利用便携式载荷施加装置在所关心方向上跨过微缺陷区施加不会造成损伤进一步加剧的一对张开载荷，同时测量该对张开载荷作用点沿载荷方向上的长度的改变量Δ₁，得到针对于该加载情况的载荷——位移曲线L1；

b.选择接近于该微缺陷群区的无微缺陷的区域，使该部分的尺寸及材料参数与微缺陷群区的大致相同，进行与步骤(1)微缺陷群区相同方法相同载荷的加载及测量，从而得到无微缺陷区的载荷——位移曲线L0；

c.通过计算同一载荷下两条曲线所围成的面积，即可获得相对于该载荷下由于局部损伤的存在而引起损伤区的总势能U₁，和无损伤存在时结构中的总势能U₀。进而根据下式得到总势能的相对改变量H：

H=M2U0=U1-U0U0=U1U0-1---(2).]]>

上述方案中，所述的式(2)中的M积分等于系统中由于缺陷的形成而导致的总势能的改变量的两倍，即：

M＝2(U₁-U₀)                    (1)。

基于本发明提出的结构材料损伤评定参数H来获得复杂结构材料损伤程度的在线无损测量方法，具有测量准确度高、适用不同形状及大小的各种缺陷、测量过程简便的特点。