CN107422033A - 一种玻璃幕墙结构胶粘接强度的检测评价方法 - Google Patents

一种玻璃幕墙结构胶粘接强度的检测评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种玻璃幕墙结构胶粘接强度的检测评价方法，包括如下步骤：步骤一根据玻璃面板频散曲线的群速度和频率响应，确定高频信号与低频信号的频率，构成声调制激励信号；步骤二采用双激振器方式分别发送低频振动激励信号和高频振动激励信号，使高低频激励信号同时到达粘结界面，采用反射法接收粘接边界的非线性信号；步骤三采用经验模态分解非线性信号，获得玻璃与结构胶粘接界面发射的特征信号；步骤四对特征信号进行功率谱分析，得到特征信号的非线性系数，同时对特征信号进行小波能量法求解得到能量值；步骤五根据粘接界面的非线性系数和能量值，得到玻璃幕墙结构胶与玻璃的粘接强度分级。本发明实现检测的简单化及轻量化。

Description

一种玻璃幕墙结构胶粘接强度的检测评价方法
技术领域
本发明涉及在线无损检测技术，具体涉及一种玻璃幕墙结构胶粘接强度的检测评价方法。
背景技术
我国建筑幕墙行业发展迅猛，截止到2014年底，建筑幕墙累计产量达到10.33亿平方米，中国已有玻璃幕墙占全球总量的85％以上。随着玻璃幕墙使用时间变长，幕墙玻璃的各种性能在不断的退减和衰退中，目前正在使用的玻璃幕墙普遍都存在着各种安全隐患。近年来，由于玻璃破裂和脱落造成的安全事故在报纸上屡见不鲜，幕墙玻璃的安全问题引起了人们的关注。特别是隐框玻璃幕墙，由于隐框玻璃幕墙没有用以夹持玻璃并承重的铝合金外框，它是完全依靠硅酮结构胶把玻璃粘结在铝型材框架上。硅酮结构密封胶在长期服役期间，要受到玻璃自重、热效应、风载荷、气候变化的作用，不可避免的出现老化问题。而一旦硅酮结构胶的性能不能保证，其将危害到周围群众的人身安全。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种玻璃幕墙结构胶粘接强度的检测评价方法。
本发明采用如下技术方案：
一种玻璃幕墙结构胶粘接强度的检测评价方法，包括如下步骤：
步骤一根据玻璃面板频散曲线的群速度和频率响应，确定高频信号与低频信号的频率，构成声调制激励信号；
步骤二采用双激振器方式分别发送低频振动激励信号和高频振动激励信号，使高低频激励信号同时到达粘结界面，采用反射法接收粘接边界的非线性信号；
步骤三采用经验模态分解非线性信号，获得玻璃与结构胶粘接界面发射的特征信号；
步骤四对特征信号进行功率谱分析，得到特征信号的非线性系数，同时对特征信号进行小波能量法求解得到能量值；
步骤五根据粘接界面的非线性系数和能量值，得到玻璃幕墙结构胶与玻璃的粘接强度分级。
所述步骤二中，所述高频振动激励信号通过设置固定时步长，实现与低频振动激励同时到达粘接界面。
所述步骤三中，具体为：对接收到的玻璃与结构胶粘接界面反射信号R(t)采用经验模态分解，得到的n个本征模态进行傅里叶变换，从中选取包含特征信号的本征模态函数构成重构信号，所述本征模态函数具有基频信号分量和玻璃幕墙结构胶粘结边界所产生的非线性分量，然后再对重构信号进行归一化处理得到特征信号Y(t)。
所述步骤四中，对特征信号进行小波能量法求解得到能量值，具体为：进行三层小波变换，求得各层的能量值。
所述声调制信号通过高频激振器和低频激振器产生。
步骤五根据粘接界面的非线性系数和能量值，得到玻璃幕墙结构胶与玻璃的粘接强度分级，具体为：
根据非线性系数λ和能量值E，计算出相对安全权重：
Q＝α1f(λ)+α2f(E)
最终得到分值区间在(0,10)的安全评分值，其中安全评分值的区间划分为：[0,3]、[3,5]、[5,7]、[7,10]四个区间。分别为得分在[7,10]区间的对应评级为优，得分在[5,7]区间的对应评级为良，得分在[3,5]区间的对应评级为中，得分在[0,3]区间的对应评级为差。
本发明的有益效果：
(1)通过采用兰姆波对玻璃幕墙结构胶进行检测，激励和接收传感器布置方便，无需改变玻璃幕墙的外观，实现对玻璃幕墙的无损检测。
(2)通过非线性导波声调制方法检测，采用双通道的声调制激励－单通道反射式接收传感器，整体简单，容易布置检测，实现检测的简单化和轻量化。
(3)本发明通过非线性声调制激励信号中高频分量施加固定延迟，获取玻璃-结构胶粘接界面的非线性分量，结合反射信号的小波能量，从而得到结构胶粘胶状况的。
附图说明
图1是本发明的一种玻璃幕墙结构胶粘接强度的检测评价方法的流程图；
图2是本发明的非线性声调制信号激励和接收传感器布置示意图；
图3是本发明的玻璃板频散曲线图；
图4(a)及图4(b)分别是本发明的玻璃板的低频及高频频率响应频谱图；
图5是本发明的特征信号时域图；
图6是本发明的特征信号的功率谱密度函数。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种玻璃幕墙结构胶粘接强度的检测评价方法，包括如下步骤：
步骤一根据频率响应结果和频散曲线的群速度大小，选取合适的高频和低频频率组成声调制激励信号；
利用频散曲线计算软件得到玻璃板的理论频散曲线如图3所示；根据频率响应结果如图4(a)及图4(b)所示，选取高频和低频频率构成声调制激励信号。
步骤二采用双激振器方式分别发送低频振动激励和高频振动激励，使高低频激励同时到达粘结界面，采用反射法接收粘接边界的非线性信号；
由于玻璃面板中不同频率的群速度不相等，高频信号通过设置固定延时步长，低频信号不需要延时，使高频和低频激励信号同时到达粘接界面，采用同侧布置接收传感器，接收声调制激励信号。
本发明采用同侧激励同侧接收的非线性混频损伤检测信号对玻璃墙结构实现双通道激励－单通道接收探测；
采用非线性声调制技术，声调制激励激振器中的低频激励采用堆叠式压电陶瓷激振器，而高频激励采用具有正逆压电效应的PZT换能器，接收传感器也采用正逆压电效应的PZT换能器。实验中采用环氧树脂胶将激励换能器和接收换能器紧固在玻璃上，接收信号换能器布置在激励换能器的同侧(图2非线性声调制信号激励和接收传感器布置示意图)，在激励换能器的同侧，对玻璃幕墙进行检测时，通过同侧的双通道声调制激励和单通道接收反射信号进行检测。
对于信号的幅值调制，有载波c(t)＝Asin(ωLt)和被调制波可知调幅后信号：
如声调制激励信号为u(0)(x,t)＝A1cos(ωhτ)+A2cos(ωlτ)，根据非线性声调制原理，声调制信号经过粘结界面，接收信号包含高频分量、低频分量、非线性调制分量以及非线性谐波分量，非线性调制分量分为幅值调制与频率调制，如式(2)：
可以简写为：
从上式可以看出，接收信号的组成频率不仅包括原有的ωh与ωl频率，还有倍频分量2ωh、2ωl，旁频分量ωh+ωl、ωh-ωl构成。
步骤三采用EMD(经验模态分解)对粘接界面的反射信号实现分解，选取包含主要特征频率的本征模态函数作为重构信号，并对重构信号进行归一化处理，得到特征信号Y(t)；
在对接收信号进行经验模态分解之前，先进行高通滤波处理，除去接收信号中的工频噪声，然后再对滤波后的信号进行经验模态分解，通过对各本征模态函数进行傅里叶变换频谱分析，选取频率成分包含声调制信号调制第一旁瓣频率的本征模态函数进行信号重构，对重构信号进行归一化处理，得到特征信号Y(t)如图5特征信号时域图。
步骤四如图6所示，采用功率谱密度函数分析玻璃结构胶粘接界面的特征信号，得出特征信号的非线性系数；用小波能量法求取特征信号的能量值。
对于特征信号Y(t)，其自相关函数为RY(τ)＝E[Y(t)X(t+τ)],满足RY(τ→∞)＝0，其功率谱密度函数为：
得出基频ωl、ωh，旁频ωh-ωl、ωh+ωl的能量，非线性系数为：
对特征信号Y(t)进行3层小波变换，并求得各层的能量值。
步骤5：根据玻璃结构胶粘接界面的特征信号的非线性系数和小波能量，综合得出该玻璃幕墙玻璃与结构胶的粘接强度评估。
根据非线性系数λ和能量值E，计算出相对安全权重：
Q＝α1f(λ)+α2f(E)
最终得到分值区间在(0,10)的安全评分值，其中安全评分值的区间划分为：[0,3]、[3,5]、[5,7]、[7,10]四个区间。分别为得分在[7,10]区间的对应评级为优，得分在[5,7]区间的对应评级为良，得分在[3,5]区间的对应评级为中，得分在[0,3]区间的对应评级为差。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种玻璃幕墙结构胶粘接强度的检测评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一 根据玻璃面板频散曲线的群速度和频率响应，确定高频信号与低频信号的频率，构成声调制激励信号；
步骤二 采用双激振器方式分别发送低频振动激励信号和高频振动激励信号，使高低频激励信号同时到达粘结界面，采用反射法接收粘接边界的非线性信号；
步骤三 采用经验模态分解非线性信号，获得玻璃与结构胶粘接界面发射的特征信号；
步骤四 对特征信号进行功率谱分析，得到特征信号的非线性系数，同时对特征信号进行小波能量法求解得到能量值；
步骤五 根据粘接界面的非线性系数和能量值，得到玻璃幕墙结构胶与玻璃的粘接强度分级。
2.根据权利要求1所述的检测评价方法，其特征在于，所述步骤二中，所述高频振动激励信号通过设置固定时步长，实现与低频振动激励同时到达粘接界面。
3.根据权利要求1所述的检测评价方法，其特征在于，所述步骤三中，具体为：对接收到的玻璃与结构胶粘接界面反射信号R(t)采用经验模态分解，得到的n个本征模态进行傅里叶变换，从中选取包含特征信号的本征模态函数构成重构信号，所述本征模态函数具有基频信号分量和玻璃幕墙结构胶粘结边界所产生的非线性分量，然后再对重构信号进行归一化处理得到特征信号Y(t)。
4.根据权利要求1所述的检测评价方法，其特征在于，所述步骤四中，对特征信号进行小波能量法求解得到能量值，具体为：进行三层小波变换，求得各层的能量值。
5.根据权利要求1所述的检测评价方法，其特征在于，所述声调制信号通过高频激振器和低频激振器产生。
6.根据权利要求1所述的检测评价方法，其特征在于，步骤五根据粘接界面的非线性系数和能量值，得到玻璃幕墙结构胶与玻璃的粘接强度分级，具体为：
根据非线性系数λ和能量值E，计算出相对安全权重：
Q＝α1f(λ)+α2f(E)
最终得到分值区间在(0,10)的安全评分值，其中安全评分值的区间划分为：[0,3]、[3,5]、[5,7]、[7,10]四个区间，分别为得分在[7,10]区间的对应评级为优，得分在[5,7]区间的对应评级为良，得分在[3,5]区间的对应评级为中，得分在[0,3]区间的对应评级为差。
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