CN109060824A - 基于dic技术的应变脉冲响应协方差损伤识别方法 - Google Patents

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CN109060824A
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陈贡发
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罗丽燕
梁鹏
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Abstract

本发明提供一种基于DIC技术的应变脉冲响应协方差损伤识别方法，包括以下步骤：构建分析对象实验系统，获取多张结构损伤前后变形过程图像；对图像进行处理，获取构件待测表面的位移场，通过三次多项式拟合，得到单元两端的转角；计算单元应变响应，得到应变单位脉冲响应函数，进而得到单元应变单位脉冲响应协方差；对单元应变单位脉冲响应协方差的变化值进行判断，完成对构件损伤情况的识别。本发明提供的基于DIC技术的应变脉冲响应协方差损伤识别方法，将DIC技术与应变脉冲响应协方差识别方法结合起来，可以得到结构的全场应变响应信息，用于实际工程加快了识别的速度，且提高识别精度。

Description

基于DIC技术的应变脉冲响应协方差损伤识别方法
技术领域
本发明涉及数字图像追踪和结构损伤检测领域，更具体的，涉及一种基于DIC技术的应变脉冲响应协方差损伤识别方法。
背景技术
传统的电阻应变测量技术，即电测法，是一种单点应变测量技术，这种技术在复杂构件表面应力梯度较大的应力状态测量时，需事先分析测点位置，并准确粘贴应变花，这使得整个测量过程比较复杂，测量效率低，测量精度不高，在实际应用中给测量人员带来了极大的不便，
发明内容
本发明为克服现有的电阻应变测量技术在复杂构件表面应力梯度较大的应力状态测量时存在操作复杂、测量效率低，测量精度不高且不便于测量人员实际操作的技术缺陷，提供一种基于DIC技术的应变脉冲响应协方差损伤识别方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
基于DIC技术的应变脉冲响应协方差损伤识别方法，包括以下步骤：
S1：构建分析对象实验系统，将待测构件划分为多个单元，给定系统激励并获取多张结构损伤前后变形过程图像；
S2：运用MATLAB程序对图像进行处理，获取构件待测表面的位移场，再通过三次多项式拟合，得到单元两端的转角；
S3：计算单元应变响应，通过傅里叶变换得到应变单位脉冲响应函数；
S4：根据应变单位脉冲响应函数得到单元应变单位脉冲响应协方差；
S5：对单元应变单位脉冲响应协方差的变化值进行判断，完成对构件损伤情况的识别。
其中，所述步骤S3包括以下步骤：
S31：对于构件单元e在坐标(x,y)处的应变响应计算公式具体为：
其中，i和j分别为单元的首末节点，u和υ分别是x和y方向的位移响应；是单元e首末节点上的位移向量，l为单元的长度；在每根杆取一个测点，x取杆单元的中点，y等于结构表面距截面中性轴的距离；
S32：根据得到的应变响应，利用傅里叶变换公式计算应变单位脉冲响应函数，具体为：
其中，FFT[·]表示傅里叶变换，IFFT{·}表示傅里叶逆变换；F(t)为激励函数。
其中，在所述步骤S4中应变单位脉冲响应函数的离散形式可表示为：
即单元应变单位脉冲响应协方差的具体计算公式为：
其中，在所述步骤S5中，通过下式对单元应变单位脉冲响应协方差的变化值进行判断：
其中，cosCi表述单元i的cosC参数；分别代表损伤前后的应变单位脉冲相应；通过判断cosCi值的大小，完成对构件损伤情况的识别。
上述方案中，DIC技术属于非接触式的测量技术，它能测得构件表面的应变场，适用于复杂构件应变状态测量。应变脉冲响应协方差识别指标，它是一种时域方法，计算不存在模态分解的问题，而且应变类型的损伤识别对结构损伤的敏感度比位移类高。
上述方案中，将DIC技术与应变脉冲响应协方差识别方法结合起来，可以得到结构的全场应变响应信息，用于实际工程加快了识别的速度，且提高识别精度。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提供的基于DIC技术的应变脉冲响应协方差损伤识别方法，将DIC技术与应变脉冲响应协方差识别方法结合起来，可以得到结构的全场应变响应信息，用于实际工程加快了识别的速度，且提高识别精度。
附图说明
图1为发明过程流程图。
图2为实例实施过程示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，基于DIC技术的应变脉冲响应协方差损伤识别方法，包括以下步骤：
S1：构建分析对象实验系统，将待测构件划分为多个单元，给定系统激励并获取多张结构损伤前后变形过程图像；
S2：运用MATLAB程序对图像进行处理，获取构件待测表面的位移场，再通过三次多项式拟合，得到单元两端的转角；
S3：计算单元应变响应，通过傅里叶变换得到应变单位脉冲响应函数；
S4：根据应变单位脉冲响应函数得到单元应变单位脉冲响应协方差；
S5：对单元应变单位脉冲响应协方差的变化值进行判断，完成对构件损伤情况的识别。
更具体的，所述步骤S3包括以下步骤：
S31：对于构件单元e在坐标(x,y)处的应变响应计算公式具体为：
其中，i和j分别为单元的首末节点，u和υ分别是x和y方向的位移响应；是单元e首末节点上的位移向量，l为单元的长度；在每根杆取一个测点，x取杆单元的中点，y等于结构表面距截面中性轴的距离；
更具体的，根据得到的应变响应，利用傅里叶变换公式计算应变单位脉冲响应函数，具体为：
其中，FFT[·]表示傅里叶变换，IFFT{·}表示傅里叶逆变换；F(t)为激励函数。
更具体的，在所述步骤S4中应变单位脉冲响应函数的离散形式可表示为：
即单元应变单位脉冲响应协方差的具体计算公式为：
更具体的，在所述步骤S5中，通过下式对单元应变单位脉冲响应协方差的变化值进行判断：
其中，cosCi表述单元i的cosC参数；分别代表损伤前后的应变单位脉冲相应；通过判断cosCi值的大小，完成对构件损伤情况的识别。
在具体实施过程中，DIC技术属于非接触式的测量技术，它能测得构件表面的应变场，适用于复杂构件应变状态测量。应变脉冲响应协方差识别指标，它是一种时域方法，计算不存在模态分解的问题，而且应变类型的损伤识别对结构损伤的敏感度比位移类高。
在具体实施过程中，将DIC技术与应变脉冲响应协方差识别方法结合起来，可以得到结构的全场应变响应信息，用于实际工程加快了识别的速度，且提高识别精度。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于DIC技术的应变脉冲响应协方差损伤识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：构建分析对象实验系统，将待测构件划分为多个单元，给定系统激励并获取多张结构损伤前后变形过程图像；
S2：运用MATLAB程序对图像进行处理，获取构件待测表面的位移场，再通过三次多项式拟合，得到单元两端的转角；
S3：计算单元应变响应，通过傅里叶变换得到应变单位脉冲响应函数；
S4：根据应变单位脉冲响应函数得到单元应变单位脉冲响应协方差；
S5：对单元应变单位脉冲响应协方差的变化值进行判断，完成对构件损伤情况的识别。
2.根据权利要求1所述的基于DIC技术的应变脉冲响应协方差损伤识别方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：
S31：对于构件单元e在坐标(x，y)处的应变响应计算公式具体为：
其中，i和j分别为单元的首末节点，u和υ分别是x和y方向的位移响应；是单元e首末节点上的位移向量，l为单元的长度；在每根杆取一个测点，x取杆单元的中点，y等于结构表面距截面中性轴的距离；
S32：根据得到的应变响应，利用傅里叶变换公式计算应变单位脉冲响应函数，具体为：
其中，FFT[·]表示傅里叶变换，IFFT{·}表示傅里叶逆变换；F(t)为激励函数。
3.根据权利要求2所述的基于DIC技术的应变脉冲响应协方差损伤识别方法，其特征在于，在所述步骤S4中应变单位脉冲响应函数的离散形式可表示为：
即单元应变单位脉冲响应协方差的具体计算公式为：
4.根据权利要求3所述的基于DIC技术的应变脉冲响应协方差损伤识别方法，其特征在于，在所述步骤S5中，通过下式对单元应变单位脉冲响应协方差的变化值进行判断：
其中，cosCi表述单元i的cosC参数；分别代表损伤前后的应变单位脉冲相应；通过判断cosCi值的大小，完成对构件损伤情况的识别。
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