[发明专利]一种构造周期结构梁的缺陷检测方法

说明书

本发明公开了一种构造周期结构梁的缺陷检测方法。本发明通过在待检测的梁结构上沿其轴线方向周期性施加集中质量球来构造一维声子晶体梁，并检测其传输曲线；通过传输曲线上是否存在缺陷态来判断梁是否有损伤；对于初次检测无缺陷态的梁结构，通过改变集中质量球的位置进一步检测其传输曲线，克服初次检测时缺陷与质量块重合的情况。对于存在缺陷态的梁结构，本发明采用缺陷态频率可进一步定位缺陷的位置。本发明采用集中质量附加的方式形成的周期结构梁不需要对梁结构本身造成损伤，是一种无损检测方法。

技术领域

本发明属于损伤检测技术领域，具体涉及一种构造周期结构梁的缺陷检测方法。

背景技术

为确保结构的安全、完整，结构损伤检测越来越受到科学界和工程界的重视。几种基于振动或基于导波的损伤检测技术被提出用于早期损伤识别。一般来说，基于振动的损伤检测技术监测完好结构和受损结构之间模态数据的偏差，以估计损伤的大小或位置。固有频率和位移/应变模态振型是基于振动方法中常用的两个参数。

与传统结构不同，周期性结构如声子晶体(PCs)具有带隙现象，其频率特性(如衰减或频域分布)对晶格参数相当敏感。当PCs中存在单元-单元错配等缺陷时，在带隙中可以看到缺陷模，弹性波或声波会在缺陷附近局部出现。缺陷模的频率受pc晶格参数(如填充分数)的变化影响更大。因此，在检测结构中引入周期性并检测带隙中的缺陷模态，可以实现敏感损伤检测。

因梁式结构在钢结构和机械工业中的重要性，梁式结构损伤检测一直受到人们的关注和深入研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，应用缺陷模态的概念来论证梁结构裂纹检测的可行性，并进一步根据论证结果提出了一种构造周期结构梁的缺陷检测方法。本发明的技术方案如下：

本发明公开了一种应用附加周期性集中质量梁缺陷态的裂纹检测方法，其包括如下步骤：

1)在待检测的梁结构上沿其轴线方向周期性施加集中质量球来构造一维声子晶体梁；

2)在一维声子晶体梁的一端给予激励，采集梁两端的位移信号计算传输曲线，根据获得的传输曲线，观察传输曲线是否出现缺陷态；若未发现缺陷态则进入步骤3)，否则进入步骤4)；

3)改变待检测的梁结构上周期性集中质量球的位置、数量来改变晶格大小，且确保改变位置后的集中质量球在位置上没有与改变位置前的任一集中质量球有重合，对新构造的一维声子晶体梁在一端进行激励，采集梁两端的位移信号计算获得传输曲线；观察传输曲线是否出现缺陷态；若仍未出现缺陷态，则认为待检测的梁结构无损伤；否则认为存在缺陷并进入步骤4)；

4)将传输曲线缺陷态位置对应的频率，记为f_c；在含缺陷的声子晶体梁上，用频率为f_c信号进行单频激励，观察梁在缺陷态频率下的位移场或者应变场，根据缺陷态的局域化现象可知，位移或应变最大的地方即是缺陷的位置。

优选的，所述的集中质量球为钢珠，所述的钢珠质量相等，并周期性固定在待检测的梁结构上。

优选的，所述待检测的梁结构上布置的一个集中质量球的重量为一个晶格梁结构质量的0.2-0.5倍。

优选的，步骤2)或步骤3)采用的激励方式为：由信号发生器产生白噪声随机激励，经过信号放大器放大后传输给压电叠堆或者激振器；频率范围为0-20kHz。

优选的，步骤4)所述的位移场或者应变场采用多普勒激光测振仪观测。

优选的，所述的待检测的梁结构为截面尺寸相同的平直梁。

优选的，所述的步骤4)选择如下实施方式：