[发明专利]基于导波模态分叉角的钢绞线预应力检测方法

权利要求书

1.基于导波模态分叉角的钢绞线预应力检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：采集钢绞线不同位置的导波波形；

S2：由采集到的多点信号的导波波形进行信号处理，获得导波模态；

S3：提取导波模态中的模态分叉角，由模态分叉角与钢绞线张力之间的关系，确定该钢绞线的实时张拉力；

所述步骤S2具体为：

通过提取导波传播路径上一系列节点振动时程组成二维的时间-空间矩阵，通过对单一节点的时程信号进行二维傅里叶变换，得到每一位置的频率谱；每一位置的谱信息用列矩阵表示，将这些列矩阵组成一个阵列，则给定频率处的元素形成的行向量的空间傅里叶变换给出了波数谱，最终得到频率-波数-幅值谱；采用等高线图将三维矩阵投影到频率-波数平面，即得到计算结果的频率-波数图；

所述二维傅里叶变换计算过程为：H(k,f)＝∫∫a(z,t)e^-i(ωt+kz)dzdt，式中，a(z,t)为钢绞线中心钢丝各点的轴向加速度时程，ω＝2πf为圆频率，为波数，λ为波长，t为时间，z为轴向位移；

所述步骤S3中具体为：

S301：对导波模态的分布云图进行简化处理；

S302：将通过二维傅里叶变换得到的包含频率-波数-幅值信息的三维矩阵，按列进行划分，并提取每列的最大值及最大值位置；

S303：根据求得的幅值矩阵各列最大值坐标，绘制其在频率-波数平面的散点图，并采用直线对投影点进行拟合，得到模态分叉角；

S304：拟合模态分叉角与钢绞线切向摩擦力之间的关系曲线，根据切向摩擦力与模态分叉角的关系、钢丝间单位长度的法向接触力与钢绞线所受的轴向张拉力成正比，得到在役预应力结构的张拉力检测公式：

式中A为钢绞线横截面面积，μ为摩擦系数，ρ_h为钢绞线的螺距，N_h为作用在钢绞线上的轴向张拉力，单位为牛顿，σ为应力，θ为模态分叉角，即为钢绞线中轴线张拉力与一阶纵波模态夹角之间的关系；

所述钢丝间单位长度的法向接触力使得一阶纵波模态在500KHz位置处出现模态缺失，而切向摩擦力使得一阶纵波模态在300KHz位置处出现模态分叉重叠现象。