[发明专利]基于等温度弹性效应的异型截面结构的温度监测方法有效

专利信息
申请号: 201910738038.1 申请日: 2019-08-09
公开(公告)号: CN110319947B 公开(公告)日: 2021-09-14
发明(设计)人: 武湛君;杨正岩;刘科海;张佳奇;周凯;郑跃滨;高东岳;马书义 申请(专利权)人: 大连理工大学
主分类号: G01K11/24 分类号: G01K11/24
代理公司: 大连东方专利代理有限责任公司 21212 代理人: 姜玉蓉;李洪福
地址: 116024 辽*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 基于 温度 弹性 效应 异型 截面 结构 监测 方法
【说明书】:

发明公开了一种基于等温度弹性效应的异型截面结构的温度监测方法,包括如下步骤:对异型截面结构进行有限元离散、利用半解析有限元获取室温下该异型截面结构的波速频散曲线;建立Murnaghan超弹模型、将受温度变形条件下的波传播过程分为受温度变形过程和波传播过程;求解异型截面结构的温度敏感度曲线,通过温度敏感度曲线和波速频散曲线选取最佳激励频率f和模态M;在异型截面结构的两端分别安装压电传感器,将室温条件下异型截面结构的导波信号作为基准信号,得到温度为T的导波信号,对比两个导波信号,测得实际相移,根据拟合的相移曲线Δt获取异型截面结构的温度值,从而实现异型截面结构的温度监测。

技术领域

本发明涉及等温度监测技术领域,尤其涉及一种基于等温度弹性效应的异型截面结构的温度监测方法。

背景技术

由于传播距离长、损伤灵敏度高、响应快、超声导波在结构健康监测(SHM)和无损监测(NDE)领域中得到应用广泛,其中包括损伤检测和损伤定位。研究表明,超声导波对传播环境的变化特别敏感,如温度,应力等。这些环境影响可以改变导波传播速度并导致损伤定位预测失败。此外,一些研究人员还试图利用导波传播的环境敏感性来揭示传播环境的状态。为了开发有效的SHM/NDT系统,充分了解环境因素对导波传播的影响至关重要。温度变化会导致固体中导波传播声速发生变化,这种现象称为声弹效应。由温度变化引起的声弹性效应属于非线性现象。此外,对于像铁轨这种异型截面结构,截面形状很复杂,其传播的导波模态比板和杆等简单结构复杂很多。不同频率下,不同的模态对于温度的敏感度不同,所以研究等温度弹性效应的超声导波频散计算尤为重要。同时,在利用有限元计算温度载荷对导波传播影响时,往往忽略了高阶弹性常数的因素,导致计算结果出现误差。

发明内容

根据现有技术存在的问题,本发明公开了一种基于等温度弹性效应的异型截面结构的温度监测方法,该方法通过计算复杂的异型截面结构在不同温度水平下导波的相速度与群速度,进而得到超声导波的温度敏感度随频率的变化曲线;该方法基于半解析有限元的方法结合温度声弹性理论,将Murnaghan超弹模型引入到计算中。将受温度变形条件下的波传播过程分为受温度变形过程和波传播两个过程,受温度产生变形过程假设材料是各项同性,波传播过程则假设为超弹性模型;该方法具体包括以下步骤:

对异型截面结构进行有限元离散、利用半解析有限元获取室温下该异型截面结构的波速频散曲线;

建立Murnaghan超弹模型、将受温度变形条件下的波传播过程分为受温度变形过程和波传播过程;

求解异型截面结构的温度敏感度曲线,通过温度敏感度曲线和波速频散曲线选取最佳激励频率f和模态M;

在异型截面结构的两端分别安装压电传感器,其中一端为激励端,一端为接收端,通过压电传感器的力电耦合效应将电信号转化为位移信号,其中位移信号沿着异型截面结构的长度方向传播,其中接收端用于接收位移信号并将其转化为电信号;

将室温条件下异型截面结构的导波信号作为基准信号,得到温度为T的导波信号,对比两个导波信号,测得实际相移,根据拟合的相移曲线Δt获取异型截面结构的温度值,从而实现异型截面结构的温度监测。

进一步的,对于异型截面结构,设在受温度变形过程下异型截面结构的材料为各向同性、波传播过程下异型截面结构为超弹性材料。

进一步的,所述温度敏感度曲线的求解方式为:

△cp=cpT-cp0

其中,cpT是温度为T时异型截面结构的相速度值,cp0是室温条件下异型截面结构的相速度值。

进一步的,所述受温度变形过程下异型截面结构波传播方程为:

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