CN110596242A - 一种桥式起重机主梁局部损伤定位方法 - Google Patents

一种桥式起重机主梁局部损伤定位方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110596242A
CN110596242A CN201910811597.0A CN201910811597A CN110596242A CN 110596242 A CN110596242 A CN 110596242A CN 201910811597 A CN201910811597 A CN 201910811597A CN 110596242 A CN110596242 A CN 110596242A
Authority
CN
China
Prior art keywords
damage
curvature
node
frequency response
positioning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910811597.0A
Other languages
English (en)
Inventor
仲猛
童一飞
裴凤雀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Tech University
Original Assignee
Nanjing Tech University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Tech University filed Critical Nanjing Tech University
Priority to CN201910811597.0A priority Critical patent/CN110596242A/zh
Publication of CN110596242A publication Critical patent/CN110596242A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/46—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by spectral analysis, e.g. Fourier analysis or wavelet analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Control And Safety Of Cranes (AREA)
  • Bridges Or Land Bridges (AREA)

Abstract

本发明提供了一种桥式起重机主梁局部损伤定位方法，包括以下步骤：步骤1，基于加速度频响分析定位发生损伤的梁段；步骤2，记识别出的损伤梁段为Qi，基于曲率模态进一步定位Qi中发生损伤的板单元。

Description

一种桥式起重机主梁局部损伤定位方法
技术领域
本发明涉及一种起重机安全检测技术，特别是一种桥式起重机主梁局部损伤定位方法。
背景技术
随着工业化进程不断加速，大型起重机日益成为机械、造船、冶金等重大行业生产中不可或缺的关键设备。及时发现结构早期局部细微损伤对科学评估在役起重机的健康状况具有重要意义。基于结构动力测试数据的损伤定位方法的关键在于测量参数的选取，常用的且对损伤灵敏度较高的参数有：结构固有频率、位移模态振型、应变模态振型和振型曲率。
桥式起重机主梁是一种大跨度三维钢结构，现有的采用直接定位的方法需要布置大量的传感器，不仅增加了损伤定位的成本且过程复杂、效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种桥式起重机主梁局部损伤定位方法。
实现本发明目的的技术方案为：一种桥式起重机主梁局部损伤定位方法，包括以下步骤：
步骤1，基于加速度频响分析定位发生损伤的梁段；
步骤2，记识别出的损伤梁段为Qi，基于曲率模态进一步定位Qi中发生损伤的板单元。
进一步地，步骤1具体过程包括：
步骤1.1，将起重机主梁沿横向划分为n个梁段并进行谐响应分析，以相邻梁段下盖板中心线上的n+1个节点为加速度频率响应输出点；
步骤1.2，以损伤发生前后各输出节点的加速度频响幅值a(f)的变化量为元素组成频响差值矩阵：
其中，n+1为输出节点数目，m为频段数目，上标u和d表示结构分别处于无损伤和有损伤状态；
步骤1.3，仅加速度频响差值矩阵Δ每一列元素的最大值，记为Mi(fj)，其它元素置为0，然后将得到的矩阵按行求和得到表示各节点加速度频响损伤的向量dv，对得到的矩阵各行非零元素进行计数，计数结果用向量c
步骤1.4，获取损伤识别向量D
步骤1.5，D中最大值元素对应节点的位置为损伤发生的梁段。
进一步地，步骤2的具体过程包括：
步骤2.1，沿梁段的下盖板和左右腹板的对角线分别设置三组板单元曲率输出节点，其中下盖板记为B1，左右腹板分别记为B2、B3；
步骤2.2，对结构进行模态分析，提取输出节点在垂直盖板方向的前三阶模态位移数据，采用中心差分法计算三个板单元的节点曲率模态，计算公式如下：
式中，表示板单元B(i)的节点x的第k阶曲率，φ表示模态位移，l(x-1,x)和l(x,x+1)分别表示节点x和其相邻节点之间的距离；
步骤2.3，利用步骤2.2中的曲率数据，确定各板单元损伤前后输出点曲率变化率的平均值：
式中，DI表示平均曲率损伤因子，k为模态阶数，B(i)为板单元编号，n为曲率输出节点数目，上标u和d表示结构分别处于无损伤和有损伤状态；
步骤2.4，确定步骤2.3中平均曲率损伤因子最大的板单元为损伤单元。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明采用层级递进策略并基于加速度频响分析和曲率模态法分别进行起重机主梁梁段级和板单元级损伤分析，最终定位局部损伤；与传统的直接定位损伤的方法相比在提高了定位精度的同时减少了传感器数目(输出节点数目)，不仅如此，本发明的计算过程简洁避免了大量的优化迭代过程便于损伤定位的工程应用。
下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明的一种桥式起重机主梁局部损伤定位方法的技术流程图；
图2为梁段级损伤定位过程中加速度频率响应输出节点位置示意图；
图3为梁段级损伤定位结果示意图；
图4为板单元级损伤定位过程中曲率模态输出节点位置示意图；
图5为板单元级损伤定位结果示意图。
具体实施方式
本实施例的采用层级递进策略并基于加速度频响分析和曲率模态法分别进行起重机主梁梁段级和板单元级损伤定位的流程如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1，基于加速度频响分析定位发生损伤的梁段：
步骤S1.1，将起重机主梁沿横向划分为13个梁段并进行谐响应分析，以相邻梁段下盖板中心线上的14个节点为加速度频率响应输出点，如图2所示；
步骤S1.2，以损伤发生前后各输出节点的加速度频响幅值a(f)的变化量为元素组成矩阵：
其中，f1,f2…f55为加速度响应输出频段，上标u和d表示结构分别处于无损伤和有损伤状态；
步骤S1.3，对S1.2中加速度频响差值矩阵Δ进行数据处理：
仅保留矩阵每一列元素的最大值，记为Mi(fj)，其它元素置为0，然后将得到的矩阵按行求和得到表示各节点加速度频响损伤的向量dv，同时，为了确定各输出节点加速度频响幅值变化量最大的次数，对得到的矩阵各行非零元素进行计数，计数结果用向量c表示，向量c和d形式如下：
步骤S1.4，定位损伤梁段：
将S1.3中向量c和dv的对应元素相乘得到损伤识别向量：
通过D中最大值元素对应节点的位置可识别出损伤发生的梁段；
步骤S2，本实例识S1识别出的损伤梁段为Q8，如图3所示，基于曲率模态进一步定位Q8中发生损伤的板单元：
步骤S2.1，布置曲率输出节点：
梁段是由腹板、翼缘板和隔板组成的三维箱型结构，根据损伤案例统计数据确定腹板和下翼缘板为损伤发生的热点区域，为了提高板单元曲率模态对损伤的灵敏度，采用的节点布置方式为：沿梁段的下盖板(记为B1)和左右腹板(记为B2,B3)的对角线分别设置三组曲率输出节点，如图4所示。
步骤S2.2，对结构进行模态分析，提取输出节点在垂直盖板方向(y方向)的前三阶模态位移数据，采用中心差分法计算三个板单元的节点曲率模态，计算公式如下：
式中，表示板单元B(i)的节点x的第k阶曲率，φ表示模态位移，l(x-1,x)和l(x,x+1)分别表示节点x和其相邻节点之间的距离；
步骤S2.3，利用S2.2中的曲率数据，确定各板单元损伤前后输出点曲率变化率的平均值：
式中，DI表示平均曲率损伤因子，k为模态阶数，B(i)为板单元编号，n为曲率输出节点数目，上标u和d表示结构分别处于无损伤和有损伤状态；
步骤S2.4，定位损伤板单元：
确定S2.3中平均曲率损伤因子最大的板单元为损伤单元，完成损伤定位。
本实例对基于结构前三阶曲率模态的定位结果进行了对比，结果如图5所示。
综上所述，本发明公开的一种桥式起重机主梁局部损伤定位方法，采用层级递进策略并基于加速度频响分析和曲率模态法分别进行起重机主梁梁段级和板单元级损伤分析，最终定位局部损伤。本发明所需传感器数目较少且定位精度高，简洁的计算过程便于损伤定位的工程应用。

Claims (3)

1.一种桥式起重机主梁局部损伤定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，基于加速度频响分析定位发生损伤的梁段；
步骤2，记识别出的损伤梁段为Qi，基于曲率模态进一步定位Qi中发生损伤的板单元。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1具体过程包括：
步骤1.1，将起重机主梁沿横向划分为n个梁段并进行谐响应分析，以相邻梁段下盖板中心线上的n+1个节点为加速度频率响应输出点；
步骤1.2，以损伤发生前后各输出节点的加速度频响幅值a(f)的变化量为元素组成频响差值矩阵：
其中，n+1为输出节点数目，m为频段数目，上标u和d表示结构分别处于无损伤和有损伤状态；
步骤1.3，仅加速度频响差值矩阵Δ每一列元素的最大值，记为Mi(fj)，其它元素置为0，然后将得到的矩阵按行求和得到表示各节点加速度频响损伤的向量dv，对得到的矩阵各行非零元素进行计数，计数结果用向量c
步骤1.4，获取损伤识别向量D
步骤1.5，D中最大值元素对应节点的位置为损伤发生的梁段。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2的具体过程包括：
步骤2.1，沿梁段的下盖板和左右腹板的对角线分别设置三组板单元曲率输出节点，其中下盖板记为B1，左右腹板分别记为B2、B3；
步骤2.2，对结构进行模态分析，提取输出节点在垂直盖板方向的前三阶模态位移数据，采用中心差分法计算三个板单元的节点曲率模态，计算公式如下：
式中，表示板单元B(i)的节点x的第k阶曲率，φ表示模态位移，l(x-1,x)和l(x,x+1)分别表示节点x和其相邻节点之间的距离；
步骤2.3，利用步骤2.2中的曲率数据，确定各板单元损伤前后输出点曲率变化率的平均值：
式中，DI表示平均曲率损伤因子，k为模态阶数，B(i)为板单元编号，n为曲率输出节点数目，上标u和d表示结构分别处于无损伤和有损伤状态；
步骤2.4，确定步骤2.3中平均曲率损伤因子最大的板单元为损伤单元。
CN201910811597.0A 2019-08-30 2019-08-30 一种桥式起重机主梁局部损伤定位方法 Pending CN110596242A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910811597.0A CN110596242A (zh) 2019-08-30 2019-08-30 一种桥式起重机主梁局部损伤定位方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910811597.0A CN110596242A (zh) 2019-08-30 2019-08-30 一种桥式起重机主梁局部损伤定位方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110596242A true CN110596242A (zh) 2019-12-20

Family

ID=68856727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910811597.0A Pending CN110596242A (zh) 2019-08-30 2019-08-30 一种桥式起重机主梁局部损伤定位方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110596242A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110849968A (zh) * 2019-11-05 2020-02-28 东南大学 基于自适应优化vmd的起重机主梁损伤声发射无损检测方法
CN112179990A (zh) * 2020-09-15 2021-01-05 昆明理工大学 一种基于ToF损伤因子的碳纤维复合材料疲劳损伤概率成像方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102043019A (zh) * 2010-10-21 2011-05-04 重庆大学 一种框架结构损伤识别方法
CN108226399A (zh) * 2018-01-23 2018-06-29 中冶建筑研究总院有限公司 一种基于模态参数的张弦结构损伤组合识别方法
CN108280294A (zh) * 2018-01-23 2018-07-13 中冶建筑研究总院有限公司 一种基于模态参数的索拱结构损伤组合识别方法
CN109506965A (zh) * 2018-09-28 2019-03-22 武汉理工大学 焊接空间网架结构节点焊缝损伤分步诊断方法
CN109543303A (zh) * 2018-11-22 2019-03-29 华北水利水电大学 一种基于类柔度差曲率和频率摄动的结构损伤识别的方法
CN109839440A (zh) * 2019-03-20 2019-06-04 合肥工业大学 一种基于静置车辆测试的桥梁损伤定位方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102043019A (zh) * 2010-10-21 2011-05-04 重庆大学 一种框架结构损伤识别方法
CN108226399A (zh) * 2018-01-23 2018-06-29 中冶建筑研究总院有限公司 一种基于模态参数的张弦结构损伤组合识别方法
CN108280294A (zh) * 2018-01-23 2018-07-13 中冶建筑研究总院有限公司 一种基于模态参数的索拱结构损伤组合识别方法
CN109506965A (zh) * 2018-09-28 2019-03-22 武汉理工大学 焊接空间网架结构节点焊缝损伤分步诊断方法
CN109543303A (zh) * 2018-11-22 2019-03-29 华北水利水电大学 一种基于类柔度差曲率和频率摄动的结构损伤识别的方法
CN109839440A (zh) * 2019-03-20 2019-06-04 合肥工业大学 一种基于静置车辆测试的桥梁损伤定位方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110849968A (zh) * 2019-11-05 2020-02-28 东南大学 基于自适应优化vmd的起重机主梁损伤声发射无损检测方法
CN112179990A (zh) * 2020-09-15 2021-01-05 昆明理工大学 一种基于ToF损伤因子的碳纤维复合材料疲劳损伤概率成像方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109839440B (zh) 一种基于静置车辆测试的桥梁损伤定位方法
Nguyen et al. Damage detection in girder bridges using modal curvatures gapped smoothing method and Convolutional Neural Network: Application to Bo Nghi bridge
CN110362886B (zh) 一种基于不确定性分析的城镇砌体住宅安全评估方法
CN112949131B (zh) 连续桥梁集群损伤诊断的概率损伤定位向量法
CN110596242A (zh) 一种桥式起重机主梁局部损伤定位方法
CN109506965B (zh) 焊接空间网架结构节点焊缝损伤分步诊断方法
CN112989491B (zh) 基于载荷应变线性叠加的应变场重构可视化方法及***
CN111324949A (zh) 一种考虑噪声影响的工程结构柔度识别方法
CN111707543B (zh) 基于转角影响线曲率差分的等截面梁结构损伤识别方法
CN106248414A (zh) 适用于结构健康监测的传感器布设方法及结构识别方法
Hartmann et al. Coupling sensor-based structural health monitoring with finite element model updating for probabilistic lifetime estimation of wind energy converter structures
CN110008520B (zh) 基于位移响应协方差参数和贝叶斯融合的结构损伤识别方法
CN109165447B (zh) 一种空间钢管结构壁厚损失的评价方法及***
CN113935384A (zh) 一种信号自适应分解和识别的桥梁健康监测方法及***
CN111982256B (zh) 一种基于多通道cnn模型的汽车衡压力传感器故障预警方法
CN109406076A (zh) 一种利用位移传感器列阵输出的移动主成分进行梁桥结构损伤定位的方法
Akintunde et al. Singular value decomposition and unsupervised machine learning for virtual strain sensing: Application to an operational railway bridge
Mohammadzaheri et al. Fuzzy analysis of resonance frequencies for structural inspection of an engine cylinder block
CN116522085A (zh) 一种全自动拉索频率提取、定阶和索力识别方法与应用
CN114923650B (zh) 基于振型差比矩阵与模式匹配的结构损伤快速识别方法
CN115524086A (zh) 基于车桥耦合振动的统计矩曲率梁式桥损伤识别方法
CN112833949B (zh) 一种基于归一化车辆轴重时程监测的桥梁损伤定位方法
CN113705721B (zh) 梁桥支座群脱空病害的联合概率密度函数差诊断方法
CN115436037A (zh) 基于ssi参数识别的输电杆塔健康状态判别方法及装置
CN114510762B (zh) 基于时间序列模型系数灵敏度的结构损伤识别方法及***

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191220

RJ01 Rejection of invention patent application after publication