CN109408882A - 基于振型曲率的拉索索体损伤定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种基于振型曲率的拉索索体损伤定位方法，是分别建立拉索无损伤、截面损伤1%、截面损伤5%和截面损伤10%的4种工况下有限元模型，利用数值模拟方法，计算各工况下的拉索振型，依据计算出的损伤前后的动力参数与引入曲率模态、曲率模态变化率的间接动力参数进行对比。利用本发明的拉索索体损伤定位误差可达到10%以内。
Description
技术领域
本发明涉及拉索索体损伤定位技术，具体是一种基于振型曲率的拉索索体损伤定位方法。
背景技术
拉索索体的断丝，会对拉索的动力参数产生一定影响，包括拉索的固有频率和振型，拉索的振型反映各位置处的相对振动情况，当某一位置发生断丝损伤时，该位置的振型必然会产生变化，因此，利用拉索振型特征的变化，可以对拉索索体进行损伤定位。
发明内容
本发明的目的是要提供一种基于振型曲率的拉索索体损伤定位方法。
实现本发明目的的技术方案是：
基于振型曲率的拉索索体损伤定位方法，是：
分别建立拉索无损伤、截面损伤1％、截面损伤5％和截面损伤10％的4种工况下有限元模型，利用数值模拟方法，计算各工况下的拉索振型，依据计算出的损伤前后的动力参数与引入曲率模态、曲率模态变化率的间接动力参数进行对比，其中：
曲率模态可近似的表示为：
φ＝d2y/dx2
其中，y为位移振型函数，x表示位置坐标，由于测点儿离散性，一般用差分的方法求得曲率振型的各个元素，差分公式如下：
公式中，x1、x2、x3分别表示各点的振型值，h1、h2分别表示振型各点之间的距离，φ为振型的曲率，由振型曲率的突变判断出拉索索体的损伤位置。
附图说明
图1为本发明实施例拉索受力简化图；
图2为本发明实施例拉索1阶振型图；
图3为本发明实施例各工况下拉索1阶振型图；
图4为本发明实施例拉索无损伤时1阶振型曲率示意图；
图5为本发明实施例拉索10m处截面损伤1％时1阶振型曲率示意图；
图6为本发明实施例拉索10m处截面损伤5％时1阶振型曲率示意图；
图7为本发明实施例拉索10m处截面损伤10％时1阶振型曲率示意图。
具体实施方式
实施例：
基于振型曲率的拉索索体损伤定位方法，是利用有限元分析软件，建立拉索无损伤、截面损伤1％、5％、10％等4种工况下有限元模型，采用数值模拟的方法，计算各工况下的拉索振型，依据计算出的损伤前后的动力参数与引入曲率模态、曲率模态变化率的间接动力参数进行对比，
拉索长度为21m，截面直径为69mm，拉索两端边界条件为铰接，如图1所示。在10m处模拟截面损伤1％、5％、10％三种工况，得到的拉索1阶振型图如图2所示。
将各工况下的一阶振型进行归一化，振型图如图3所示，由图3可知，拉索截面的损伤并没有对1阶振型产生明显影响，因此，直接通过振型的变化并不容易判断出是否存在拉索截面损伤以及损伤位置。因此，引入曲率模态、曲率模态变化率等间接动力参数来表征振型的变化。
1、拉索截面损伤对曲率模态的影响规律
曲率模态可近似的表示为：
φ＝d2y/dx2
其中，y为位移振型函数，x表示位置坐标。实际上，由于测点儿离散性，一般用差分的方法求得曲率振型的各个元素。差分公式如下：
公式中，x1、x2、x3分别表示各点的振型值，h1、h2分别表示振型各点之间的距离，φ为振型的曲率。
分别计算了10m处截面无损伤、损伤1％、5％、10％四种工况的1阶曲率模态，分别如图4-7所示。
由图4-7可知，当拉索索体截面发生损伤时，拉索的1阶振型曲率在损伤位置处发生突变，突变的大小与损伤程度成正比。由此，通过测试拉索的振型，利用拉索振型实测值计算拉索振型曲率，由振型曲率的突变即可判断出拉索索体的损伤位置。
对于长度为21m的吊杆，每0.1m划分为一个振型测点，利用爬索机器人进行连续的测点振型测试，即可得到0.1m分辨率的拉索索体的损伤位置识别振型曲率曲线。利用该曲线进行损伤定位，存在0.1m的误差，相对于拉索的长度，损伤定位误差为0.48％。如果将振型测点划分为0.5m一处，则定位相对误差为2.38％。因此，利用本发明的拉索索体损伤定位误差可达到10％以内。
Claims (1)
1.基于振型曲率的拉索索体损伤定位方法，其特征是：
分别建立拉索无损伤、截面损伤1％、截面损伤5％和截面损伤10％的4种工况下有限元模型，利用数值模拟方法，计算各工况下的拉索振型，依据计算出的损伤前后的动力参数与引入曲率模态、曲率模态变化率的间接动力参数进行对比，其中：
曲率模态可近似的表示为：
φ＝d2y/dx2
其中，y为位移振型函数，x表示位置坐标，由于测点儿离散性，一般用差分的方法求得曲率振型的各个元素，差分公式如下：
公式中，x1、x2、x3分别表示各点的振型值，h1、h2分别表示振型各点之间的距离，φ为振型的曲率，由振型曲率的突变判断出拉索索体的损伤位置。
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