[发明专利]轻质栅格夹层材料的损伤诊断方法

说明书

所属技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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。本发明针对上述局限性，提出新的发明目的是：应用子结构模态应变能方法，在损伤位置已知的情况下，对损伤的程度进行诊断，本发明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。

本发明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。。

本发明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，即：

子结构模态应变能法的结构振动控制方程：