[发明专利]一种桁架结构节点损伤检测系统及其方法

权利要求书

1.一种桁架结构节点损伤检测系统，其特征在于该系统包含数据采集模块、数据分析模块和决策模块三个部分；

其中数据采集模块采集位于桁架结构待测子结构中所有杆件上测点的应变响应信号并存储在计算机中；

数据分析模块将采集到的所有桁架结构中杆件上测点的应变信号基于提出的桁架结构节点损伤定位的急动度能量波形的平均归一化曲率差法进行计算并给出损伤定位结果；

决策模块根据数据分析模块的计算结果，首先显示是否有异常测点以及异常测点的位置，若无异常测点，则所有桁架节点均安全；若有异常测点，则异常测点所在桁架杆两端的桁架节点连接处必有损伤；再使用物理无损检测方法对异常测点所在桁架杆两端的桁架节点进行检测确定损伤发生在一端还是两端均有，最后对损伤处进行维修。

2.根据权利要求1所述的一种桁架结构节点损伤检测系统，其特征在于检测步骤如下：

步骤一：将待测桁架结构划分为若干个相邻的区间，每个区间称为一个子结构，按照顺序从桁架结构的一端开始逐个进行检测至另一端；

步骤二、测点布置：将待测桁架子结构中每个桁架杆的中点处外侧布置一个应变测点，可以使用光纤光栅传感器或者应变片测试应变；

步骤三、数据采集：在数据采集模块中，用小锤激励待测桁架子结构旁某桁架节点时，应变采集设备采集待测子结构中各个桁架杆测点处的应变信号，并将桁架杆测点的应变信号传送到计算机中；

步骤四：数据分析：在数据分析模块中计算各测点处信号的急动度能量JE的值：将待测子结构中桁架杆分别编号为桁架杆1、2、3……M，假设桁架杆k上测点的应变时间序列(应变信号x)的各散点为x₁,x₂,...x_N，则定义桁架杆k测点处应变信号的急动度能量JE如下

JEk=logΣi=1N-1(xi+1-xiΔt)2---(1)]]>

其中JE_k是急动度能量，log为常用对数，N为应变信号的点数；采用脉冲激励(或阶跃激励)下含完整衰减过程的应变响应来计算JE的值；每一个测点上的JE值计算出来后，通过连接这些JE的值便可得到急动度能量波形；

步骤五、数据分析模块中计算急动度能量波形的曲率：桁架杆k测点处应变信号的急动度能量波形的曲率C_k(1<k<M)定义如下

C_k＝JE_k-1-2JE_k+JE_k+1             (2)

其中是JE_k是桁架杆k测点处应变的JE值；

C₁和C_M基于下式计算：

C₁＝JE_M-2JE₁+JE₂            (3)

C_M＝JE_M-1-2JE_M+JE₁           (4)

步骤六、数据分析模块中计算得到桁架杆单元损伤前后各测点的曲率值后，应变响应的急动度能量波形在桁架杆k测点处的曲率差定义如下

(CΔk)rs=(Cafterk)s-(Cbeforek)r---(5)]]>

其中是根据损伤前桁架杆k测点处的第r组应变响应计算出的曲率，是根据损伤后桁架杆k测点处的第s组应变响应计算出的曲率；

步骤七、数据分析模块中对每一对儿损伤前后的应变信号(即一次检测)计算出的曲率差进行归一化，这样每次检测结果中曲率差的最大值为1，归一化后的曲率差为

(CΔk)rs*=(CΔk)rs/maxk[(CΔk)rs]---(6)]]>

步骤八、数据分析模块中基于多组数据的多次检测后计算急动度能量波形的归一化曲率差均值μ_k并将其定义为损伤指标，定义桁架杆k测点处的损伤指标(DI)_k如下

(DI)k=μk=1RSΣr=1RΣs=1S(CΔk)rs*---(7)]]>

根据经验，RS≥10；RS的值越大越好，实际使用中一般可取20；

步骤九、在决策模块中将损伤指标大于等于阈值δ的桁架杆测点判别为异常测点，

异常测点={(DI)_k≥δ}              (8)

其中δ是阈值，它基于无损工况下应变响应数据的损伤定位结果确定，δ是一个比无损工况的急动度能量波形归一化曲率差均值μ_k略大的值以避免误报测点的出现；

损伤检测结果为：若无异常测点，则所测桁架子结构中所有桁架节点均无损伤；若有异常测点，则异常测点所在桁架杆两端的桁架节点必有损伤，可能该桁架杆的一端桁架节点有损伤，也可能其两端的桁架节点均有损伤，具体的损伤情况需要根据进一步的局部检测工具或方法来确认。

3.根据权利要求1或2所述的一种桁架结构节点损伤检测系统及其方法，其特征在于，该系统及方法同样适用于网架结构节点的损伤检测，具体操作方法与桁架结构相同。