[发明专利]基于导波模态分叉角的钢绞线预应力检测方法

摘要

本发明涉及一种基于导波模态分叉角的钢绞线预应力检测方法，属于钢绞线预应力领域。该方法采用二维傅里叶变换提取纵向导波模态，分析钢丝间接触力对导波模态分布的影响，提出基于模态分叉角的在役结构钢绞线预应力检测方法。纵向导波在有应力钢绞线中会出现明显的模态变化，受钢丝间法向接触力影响，一阶纵波模态在500KHz频率处出现模态缺失，而切向摩擦力使得一阶纵波模态在300KHz附近出现模态分叉重叠；考虑钢绞线螺距及钢丝摩擦系数的影响，建立钢绞线预应力计算模型。本发明优点为根据不同张拉力条件下导波在钢绞线中传播的模态变化规律，建立了轴向张拉力与一阶纵波模态分叉角之间的数学关系式，适用于在役结构钢绞线预应力水平检测。

主权项

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。