[发明专利]一种基于横波频谱分析的钢构件绝对应力识别方法

说明书

本发明提供了一种基于横波频谱分析的钢构件绝对应力识别方法，通过标定横波在在役钢构件复制品上应力与第一特征频率倒数相关性系数，检测横波在在役钢构件上传播信号幅度谱曲线的第一特征频率值，来求解在役钢构件绝对应力。本发明的有益效果是：能够实现对在役钢构件绝对应力的无损检测，测试过程对数据采集系统的采样率要求不高，受环境高频噪声影响不大。

技术领域

本发明涉及钢构件绝对应力识别方法，尤其涉及一种基于横波频谱分析的钢构件绝对应力识别方法。

背景技术

钢构件绝对应力是钢结构在建和运营性能评价的重要指标，采用有效可靠的手段检测在役钢构件绝对应力对于确保钢结构安全具有重要意义。尤其是长期服役和经历自然灾害的钢结构，其空间应力状态可能发生重分布，局部构件可能产生应力集中现象，这可能导致钢结构局部甚至整体失效。因此，研究钢结构构件绝对应力无损检测，对于监测/检测钢结构安全运营具有重要意义。

绝对应力检测方法中，有损的方法会对被测对象造成破坏，不能用于钢构件绝对应力检测；无损检测方法，如X射线法、中子衍射法、磁弹性法等，可以对钢构件绝对应力进行检测，但设备和操作复杂，不适用于服役钢结构现场检测。基于声弹性理论的超声波法近年来收到越来越多的关注，是具有一定前景的绝对应力检测方法。

李祚华等人在CN 201410181350.2中提出采用临界折射纵波检测钢构件平均绝对应力，在CN 201710118738.1中提出采用临界折射纵波检测钢构件绝对应力沿构件长度分布，在CN 201510600903.8中提出采用临界折射纵波检测钢构件应力沿深度分布。但上述方法是基于超声波声时测量的方法，存在两方面的不足，一是基于声时的测量方法要求采样设备采样率高，通常在1GS/s以上；二是检测结果受高频噪声影响较大。这在一定程度上限制了上述方法在复杂环境中的应用。为此，寻求一种对采样设备采样率要求低、且抗环境高频噪声干扰的方法，对于钢构件绝对应力识别方法的进一步推广应用具有重要作用。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于横波频谱分析的钢构件绝对应力识别方法，能够实现对钢构件绝对应力的无损检测。

本发明提供了一种基于横波频谱分析的钢构件绝对应力识别方法，通过标定横波在在役钢构件复制品上应力与第一特征频率倒数相关性系数，检测横波在在役钢构件上传播信号幅度谱曲线的第一特征频率值，来求解在役钢构件绝对应力。

作为本发明的进一步改进，所述横波由收发同体超声横波探头发射并接收。

作为本发明的进一步改进，所述收发同体超声横波探头发射横波的偏振角与在役钢构件轴向方向呈的奇数倍。

作为本发明的进一步改进，通过超声脉冲发生接收器发射脉冲电信号，经收发同体超声横波探头产生横波信号，横波信号在在役钢构件中传播并经反射后被收发同体超声横波探头接收，回波信号输入超声脉冲发生接收器，并最终显示于示波器上。

作为本发明的进一步改进，所述第一特征频率值通过下列方法获得：所述收发同体超声横波探头采集回波信号后，截取第一回波信号，经傅里叶变换后得到幅度谱曲线，所述幅度谱曲线上的第一个极小值点对应的频率即为第一特征频率值。

作为本发明的进一步改进，所述在役钢构件的绝对应力采用以下公式计算得到：

其中，σ为拟求解的钢构件绝对应力值，单位是MPa；

是第一特征频率值，即为横波回波幅度谱曲线上第一个极值点对应的横坐标，单位是MHz；

κ和γ为需要拟合的参数，其中，κ的单位是MPa·MHz，γ的单位是MPa。

作为本发明的进一步改进，所述在役钢构件复制品与所述在役钢构件材质相同并且厚度相同。