CN110161117A - 一种基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无损检测相关技术领域，其公开了一种基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法，该方法包括以下步骤：(1)对标准试件进行循环加载，并获取该标准试件的循环加载次数与导波群速度之间的关系曲线，把该关系曲线作为标定曲线；(2)采用导波仪器对待测缆索进行信号采集以得到导波的时域信号，进而根据该时域信号的时域波形图获得导波传播时间，由此根据导波传播时间及导波传播距离计算获得导波群速度；(3)基于所述标定曲线及所述导波群速度来判断所述待测缆索是否出现疲劳损伤。本发明通过测量导波群速度来实现缆索的疲劳损伤检测，易于实施，检测精度较高，适用性较强。

Description

一种基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法
技术领域
本发明属于无损检测相关技术领域，更具体地，涉及一种基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法。
背景技术
缆索是斜拉桥、悬索桥等桥梁的主要受力结构，随着服役年限的增加，桥梁缆索会出现不同程序的疲劳损伤，对其进行疲劳检测以保证结构安全具有重要意义，目前缆索疲劳损伤检测的方法主要有非线性声学检测法、磁致伸缩导波检测法等。
现阶段，本领域相关技术人员已经做了一些研究，如专利CN105806944A公开了一种缆索疲劳损伤检测方法及装置，根据所测非线性声学参数与标准试件的非线性声学参数比较，确定缆索的疲劳损伤状态；该方法需要对信号进行频域分析以提取基波和二次谐波的幅值，但二次谐波十分微弱，且检测结果容易受到检测系统非线性的影响，精度较低相应地，本领域存在着发展一种检测精度较好的基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法的技术需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法，其基于现有缆索的检测特点，研究及设计了一种精度较好的基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法。当构件出现疲劳损伤时，材料的应力应变变为非线性，弹性系数发生变化，该检测方法根据导波在构件中传播时其导波群速度与材料密度、泊松比及弹性模量相关，通过测量导波群速度可以实现缆索的疲劳损伤检测，易于实施，检测精度较高，适用性较强。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法，所述检测方法包括以下步骤：
(1)对标准试件进行循环加载，并获取该标准试件的循环加载次数与导波群速度之间的关系曲线，把该关系曲线作为标定曲线；
(2)采用导波仪器对待测缆索进行信号采集以得到导波的时域信号，进而根据该时域信号的时域波形图获得导波传播时间，由此根据导波传播时间及导波传播距离计算获得导波群速度；
(3)基于所述标定曲线及所述导波群速度来判断所述待测缆索是否出现疲劳损伤以及疲劳损伤程度。
进一步地，将导波激励传感器及导波接收传感器分别安装在待测缆索相背的两端上，所述待测缆索相背的两端分别穿过所述导波激励传感器及所述导波接收传感器。
进一步地，所述导波激励传感器与所述导波激励传感器之间的距离为所述导波传播距离。
进一步地，自所述时域波形图内获得的第一次通过信号的到达时间为所述导波传播时间。
进一步地，所述导波群速度的计算公式为：
式中，v为导波群速度；t为导波传播时间；D为导波传播距离。
进一步地，步骤(3)中，根据所述导波群速度确定所述标定曲线上对应的标定加载次数，该加载次数为待测缆索的疲劳次数，并将所述疲劳次数与预定阈值进行比较，进而根据比较结果判断所述待测缆索是否出现疲劳损伤，同时根据所述疲劳次数判断所述待测缆索的疲劳损伤程度。
进一步地，所述预定阈值为200万次。
进一步地，从0次开始对所述标准试件进行循环加载，每循环加载20万次，使用导波仪器对所述标准试件进行信号采集，继而获得所述标准试件当前的导波群速度。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法主要具有以下有益效果：
1.本发明通过对标准试件进行循环加载，以获取循环加载次数与导波群速度之间关系的标定曲线，根据标定曲线利用群速度实现缆索的疲劳损伤检测，提高了检测精度，且操作简单。
2.本发明根据构件出现疲劳损伤时，导波传播速度会发生变化，通过测量导波群速度可以检测缆索的疲劳损伤；该方法根据时域波形及传感器布置位置即可求取导波群速度，易于实施，适用性较强。
3.本发明用到的仪器均为普通仪器，无需专门仪器，易于实施，成本较低。
4.本发明所提供的检测方法流程简单，方便施行，应用范围较广，有利于推广应用；除了用于缆索的疲劳损伤检测，还可以用于钢丝、钢绞线等构件的疲劳损伤检测。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式提供的基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法的流程示意图；
图2是图1中的基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法涉及的传感器布置示意图；
图3是图1中的基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法涉及的标准试件进行疲劳损伤实验得到的缆索循环加载次数与导波群速度之间关系的标定曲线图；
图4是本发明所测缆索上的传感器的设置示意图；
图5是采用图1中的基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法所测到的经220万次循环加载后缆索上所通过的信号的时域波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1、图2及图3，本发明提供的基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法，所述检测方法主要包括以下步骤：
步骤一，对标准试件进行循环加载，并获取标准试件的循环加载次数与导波群速度之间关系的标定曲线。
具体地，对标准试件进行循环加载，并使用导波仪器进行信号采集，以获得循环加载次数与导波群速度之间关系的标定曲线。本实施方式中，用于疲劳损伤实验的标准试件为PES(C)7-055桥梁缆索，从0次开始对缆索进行循环加载，每循环加载20万次，使用导波仪器进行信号采集，继而获得导波群速度；通过上述实验得到循环加载次数与导波群速度之间的关系曲线，把该关系曲线作为标定曲线。所述标准试件与待测缆索的规格相同。
步骤二，采用导波仪器对待测缆索进行信号采集以得到时域信号，进而根据时域波形图获得导波传播时间，由此根据导波传播时间及导波传播距离计算获得导波群速度。
具体地，将导波激励传感器及导波接收传感器分别安装在待测缆索相背的两端上，所述导波激励传感器包括永磁偏置磁化器及激励线圈，所述激励线圈设置在所述永磁偏置磁化器内；所述导波接收传感器包括永磁偏置磁化器及接收线圈，所述接收线圈设置在所述永磁偏置磁化器内；所述待测缆索的两端分别穿过所述激励线圈及所述接收线圈。
采用导波仪器对待测缆索进行信号采集以得到时域信号，并根据时域波形图来求取得到导波传播时间t，根据导波传播时间t和导波传播距离来求取得到导波群速度v。
请参阅图4及图5，用分别经过220万次循环加载和400万次循环加载的缆索进行导波实验，激励传感器与接收传感器之间的距离为导波传播距离，从时域波形图获得的第一次通过信号的到达时间为导波传播时间。
所述导波群速度v的计算公式为：
式中，t为导波传播时间；D为导波传播距离。
本实施方式中，利用导波群速度计算公式计算得到220万次循环加载的缆索导波群速度为5471m/s，根据该导波群速度从图中得到的标定值为226次，相对误差为2.7％；利用导波群速度计算公式计算获得400万次循环加载的缆索导波群速度为5518m/s，根据该群速度从图中得到的标定值为392万次，相对误差为2％，由此可见，通过群速度计算得到的导波群速度与标定曲线之间的契合度较高，进而使得检测精度较高。
步骤三，基于所述标定曲线及所述导波群速度实现待测缆索的疲劳损伤检测。
具体地，根据计算得到的导波群速度找到所述标定曲线上对应的标定加载次数，该加载次数为待测缆索的疲劳次数，，并将所述疲劳次数与预定阈值进行比较，进而根据比较结果判断所述待测缆索是否出现疲劳损伤，同时根据所述疲劳次数判断所述待测缆索的疲劳损伤程度。本实施方式中，所述预定阈值为200万次。
另外，所述检测方法还可以用于钢丝、钢绞线等构件的疲劳损伤检测。
本发明提供的基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法，所述检测方法通过对标准试件进行循环加载，以获取循环加载次数与导波群速度之间关系的标定曲线，进而根据所述标定曲线采用群速度来实现缆索的疲劳损伤检测，提高了检测精度，适用性较强，灵活性较高。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法，其特征在于：
(1)对标准试件进行循环加载，并获取该标准试件的循环加载次数与导波群速度之间的关系曲线，把该关系曲线作为标定曲线；
(2)采用导波仪器对待测缆索进行信号采集以得到导波的时域信号，进而根据该时域信号的时域波形图获得导波传播时间，由此根据导波传播时间及导波传播距离计算获得导波群速度；
(3)基于所述标定曲线及所述导波群速度来判断所述待测缆索是否出现疲劳损伤及疲劳损伤程度。
2.如权利要求1所述的基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法，其特征在于：将导波激励传感器及导波接收传感器分别安装在待测缆索相背的两端上，所述待测缆索相背的两端分别穿过所述导波激励传感器及所述导波接收传感器。
3.如权利要求2所述的基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法，其特征在于：所述导波激励传感器与所述导波激励传感器之间的距离为所述导波传播距离。
4.如权利要求1所述的基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法，其特征在于：自所述时域波形图内获得的第一次通过信号的到达时间为所述导波传播时间。
5.如权利要求1所述的基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法，其特征在于：所述导波群速度的计算公式为：
式中，v为导波群速度；t为导波传播时间；D为导波传播距离。
6.如权利要求1所述的基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法，其特征在于：步骤(3)中，根据所述导波群速度确定所述标定曲线上对应的标定加载次数，该加载次数为待测缆索的疲劳次数，并将所述疲劳次数与预定阈值进行比较，进而根据比较结果判断所述待测缆索是否出现疲劳损伤，同时根据所述疲劳次数判断所述待测缆索的疲劳损伤程度。
7.如权利要求6所述的基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法，其特征在于：所述预定阈值为200万次。
8.如权利要求1-7任一项所述的基于导波群速度的缆索疲劳损伤检测方法，其特征在于：从0次开始对所述标准试件进行循环加载，每循环加载20万次，使用导波仪器对所述标准试件进行信号采集，继而获得所述标准试件当前的导波群速度。
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