[发明专利]一种基于振动的工字梁力学参数无损检测方法

摘要

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。

主权项

1.一种基于振动的工字型梁力学参数无损检测方法，其特征在于：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)通过力锤在工字型梁左端激励，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_t4)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，1)中，对工字型梁材料进行多次实验，获得第一阶剪切共振频率f_t，对获得的第一阶剪切共振频率f_t进行BBD响应面法分析，获得剪切模量G的经验公式：G＝‑4.59912×10¹²‑1.39773×10¹³B+2.96153×10¹³h+1.94509×10¹⁴t₁+9.90464×10¹⁴t₂+2.31006×10¹²l‑40578843312f_t+7.26078×10¹³Bh‑4.21855×10¹⁵Bt₂+3.49884×10¹¹Bf_t+6.4247×10¹⁴ht₁‑1.82351×10¹⁵ht₂‑2.33184×10¹³hl+41041652984hf_t‑1.80131×10¹⁶t₁t₂‑3.72106×10¹³lt₁‑4.77778×10¹²f_tt₁‑1.73081×10¹⁴×lt₂‑5.28355×10¹²f_tt₂+22426102179f_tl+6.22153×10¹³B²‑9.11077×10¹³h²+3.68761×10¹⁴t₁²+3.55521×10¹⁴×t₂²+548574243f_t²‑9.0386×10¹⁵Bht₁+4.4623×10¹⁵Bht₂+2.37743×10¹³Bf_tt₁+8.81212×10¹⁴Blt₂+3.1839×10¹³Bf_tt²‑1.0947×10¹¹Bf_tl+1.05505×10¹⁷ht₁t₂+1.97988×10¹⁴hlt₁‑6.01216×10¹²hf_tt₂+10536246748hlf_t‑50146328110f_tlt₁‑76348990105f_tlt₂‑8.95078×10¹¹B²f_t‑2752898363Bf_t²+5.82282×10¹³lh²，式中，f_t为工字型梁的第一阶剪切共振频率，并获得工字型梁剪切模量G的预测值、几何尺寸B，l，h，t₁，t₂和第一阶剪切共振频率f_t的关系，B是工字型梁的宽度，t₂是腹板的厚度，t₁是翼缘的厚度，h是腹板的高度，l为工字型梁的总长度。