[发明专利]一种基于振动的工字梁力学参数无损检测方法

说明书

本发明涉及一种基于振动的工字梁力学参数无损检测方法。通过经验公式建立工字型梁弹性模量和剪切模量分别与几何尺寸、弯曲频率和剪切模量的对应关系。最后利用测得的第一阶弯曲共振频率f_f和第一阶剪切共振频率f_t与工字型梁的几何尺寸作为经验公式的输入，最终计算得到工字型梁的动态弹性模量E和动态剪切模量G。本发明方法提出的工字型梁力学参数的无损检测方法克服了检测材料力学参数需将工程材料做成标准试样的局限和加工过程对材料力学参数的影响，简化了传统测试方法的检测步骤以及检测过程中对结构本身的损伤，适合于工字型梁的实际应用条件；对工字型梁的弯曲共振频率和剪切共振频率的识别，高效、准确、无损地检测工字型梁的动态力学参数。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种基于振动的工字梁力学参数无损检测方法。

背景技术

目前，随着国家制造业的飞速发展，社会对机械装备的需求日益扩大。在工程应用过程中对机械结构的稳定性和可靠性的要求越来越高。就机械结构而言，由于工作条件的不稳定，致使机械结构承受很大的冲击负荷与随机激励，极易出现由疲劳破坏引起的损伤故障。因此事先进行系统的数字模拟仿真实现对机械结构状态稳定性的评估和使用寿命的预测变得尤为重要，这将极大地提高机械装备整体运行安全性和可靠性，避免恶性事故。在数字仿真过程中弹性模量E、剪切模量G是最基本的力学特性参数，由于工作条件和应用环境的不确定性，将导致力学参数的值发生变化，为了使仿真预测的结果更加准确，一种高效、无损、准确的力学参数检测方法的提出变得十分必要。

脉冲激振法(Impulse Excitation Technique)是一种号称无损检测方法，通过试样固有频率、尺寸和质量来获取材料杨氏模量、剪切模量、泊松比的一种方法。脉冲激振法是指通过合适的外力给定试样某一特定位置一个连续的脉冲激振信号，当激振信号中的某一频率与试样的固有频率相一致时，产生共振，此时振幅最大，延时最长，通过测量传感器接收该振动信号，然后通过数据的分析处理获得试样的固有频率，该固有频率依据试样的振动方式不同而获得不同类型的频率，如弯曲频率、扭曲频率等，然后由标准试样的经验公式计算得出其杨氏模量E、剪切模量G、泊松比及阻尼比等，是目前世界上公认的先进的非接触测定各种材料弹性模量的一种理想检测方法。

近几年来，基于结构振动信息的材料力学参数识别技术已经引起了工程结构无损检测领域研究者的广泛关注，业内对不同工程材料和有温度载荷的机械结构的力学参数检测方法做了初步的研究。脉冲激振检测的方法是发展起来的一种具有广阔应用前景的方法，该方法可准确地识别出工字型梁的力学参数，并在实验室研究中取得了较好的效果。然而，之前的研究仅仅局限于简单的标准试样结构(矩形块和圆柱体)，针对工字型梁等复杂的机械结构在实际运行条件下的力学参数的快速识别，目前由于缺乏适用的方法而未见报道。

发明内容

为了克服以上的技术不足，本发明提供一种基于振动的工字梁力学参数无损检测方法。

本发明提供一种基于振动的工字梁力学参数无损检测方法，其步骤如下：

1)通过有限元分析和响应面分析法得到工字型梁脉冲激振检测弹性模量和剪切模量的经验公式，建立工字型梁弹性模量和剪切模量分别与弯曲频率和剪切频率以及工字型梁几何尺寸的关系；

2)分别在距离两端面均为0.224L以及工字型梁长度和宽度中线处用弹性金属线悬吊起工字型梁；

3)通过力锤在四阶梯机床主轴左端激励，而在右端用加速度传感器拾取加速度信号，通过快速傅里叶变换获得第一阶弯曲共振频率f_f和第一阶剪切共振频率f_t

4)将第一阶弯曲共振频率f_f和第一阶剪切共振频率f_t与待检测工字型梁的的几何尺寸，代入1)中的关系，分别获得弹性模量E和剪切模量G，