CN110205907A

CN110205907A - 一种冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法

Info

Publication number: CN110205907A
Application number: CN201910493070.8A
Authority: CN
Inventors: 窦光武; 刘璐; 苗娜; 张冰; 郭鸿博; 荆根强; 蔡嘉程
Original assignee: Research Institute of Highway Ministry of Transport
Current assignee: Research Institute of Highway Ministry of Transport
Priority date: 2019-06-06
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2019-09-06
Anticipated expiration: 2039-06-06
Also published as: CN110205907B

Abstract

本发明提供了一种冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法，其包括：将获取的单位冲击荷载力小于预设偏差值的冲击位置的绝对加速度的值作为序列元素，生成变形加速度序列；判断变形加速度序列存在前置加速度序列时，根据前置加速度序列确定前置变形位移，根据前置变形位移确定冲击位置的变形起点时刻；根据变形加速度序列确定冲击位置的变形终点时刻；根据变形起点时刻和变形终点时刻确定冲击位置的变形峰值。本发明可用于对路面结构承载能力的评价，不受外界采集环境的影响，不仅提高了测量精度，也提高了测量效率；还可以用于对落锤式弯沉仪进行校准，评估落锤式弯沉仪测值的准确性，提高其对路面弯沉的测量准确性。

Description

一种冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法

技术领域

本发明涉及计量测试技术领域，尤其涉及一种冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法。

背景技术

承载能力是路面结构质量的主要技术指标之一，本领域技术人员通常采用落锤式弯沉仪(FWD)测定路面的动态弯沉，具体的，落锤式弯沉仪上安装有标准质量的重锤，重锤从一定高度落下，与路面结构撞击时的冲击荷载使得道路表面产生瞬时变形，即产生动态弯沉，测定该动态弯沉和相应冲击荷载，即可用于评价路面结构的承载能力。

目前，由于对落锤式弯沉仪荷载和弯沉涉及的原始采集信号数据的处理计算方法的影响，会造成测量路面弯沉值的偏差，影响对路面整体承载能力评价的可靠性。

发明内容

本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法。具体地，本发明提供提高测量精度和测量效率的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法，所述方法包括：

步骤1，将获取的单位冲击荷载力小于预设偏差值的冲击位置的绝对加速度的值作为序列元素，生成变形加速度序列；步骤2，判断所述变形加速度序列存在前置加速度序列时，根据预设的前置时段以及所述前置加速度序列计算前置变形位移；步骤3，判断所述前置变形位移小于预设的杂波位移阈值时，根据所述前置加速度序列确定所述冲击位置的变形起点时刻；步骤4，根据所述变形加速度序列确定冲击最大加速度点时刻；步骤5，根据所述变形起点时刻确定冲击速度归零点时刻，判断所述冲击速度归零点时刻大于或等于所述冲击最大加速度点时刻时，将所述冲击速度归零点时刻确定为所述冲击位置的变形终点时刻；步骤6，根据所述变形起点时刻和所述变形终点时刻确定所述冲击位置的变形峰值。

其中，上述的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法还可以包括以下特点：

上述步骤2还包括：判断所述变形加速度序列是否存在前置加速度序列；所述判断所述变形加速度序列是否存在前置加速度序列的方法包括：将相邻两个时刻的点的绝对加速度的差值作为序列元素，生成加速度差值序列；确定所述加速度差值序列中是否存在大于预设阈值的连续的若干个序列元素，若存在所述若干个序列元素，则将该序列元素对应的绝对加速度的值生成前置加速度序列；若不存所述若干个序列元素，则将所述单位冲击荷载力标记为无效数据。

所述根据所述前置加速度序列确定所述冲击位置的变形起点时刻的方法包括：确定所述前置加速度序列的最后一个序列元素对应的时刻，记为前置终点时刻，将所述前置终点时刻减去所述前置时段后所对应的时刻，记为前置起点时刻；计算所述前置起点时刻和所述前置终点时刻的时段对应的位移记为前置变形位移。

所述根据所述前置加速度序列确定所述冲击位置的变形起点时刻的方法包括：将所述前置加速度序列的中间时刻确定为所述变形起点时刻；其中，所述中间时刻记为T₀，所述前置加速度序列的第一个序列元素对应的时刻记为T_S，所述前置加速度序列的最后一个序列元素对应的时刻记为T_E，则T₀＝(T_S+T_E)/2。

所述此方法还包括：判断所述前置变形位移是否小于所述杂波位移阈值，在所述前置变形位移大于所述杂波位移阈值时，将所述前置变形位移对应的前置起点时刻减去获知的采样间隔记为下一个前置终点时刻，将所述下一个前置终点时刻减去所述前置时段后对应的时刻，记为下一个前置起点时刻，计算所述下一个前置起点时刻和所述下一个前置终点时刻的时段对应的下一个前置变形位移，将所述下一个前置变形位移记为所述前置变形位移。

上述步骤4包括：确定所述变形加速度序列中值最大的序列元素对应的时刻，标记为所述冲击最大加速度点时刻T_max。

上述步骤5包括：将所述变形起点时刻之后的绝对加速度的值通过积分计算为相应时刻的变形速度值，查找所述变形速度值第二次为零时对应的时刻T₂，记为冲击速度归零点时刻；判断T₂≥T_max时，确定T₂为所述变形终点时刻。

所述此方法还包括：当判断T₂<Tmax时，查找所述变形速度第三次为零时对应的时刻T₃，记为冲击速度归零点时刻；判断T₃≥T_max时，确定T₃为所述变形终点时刻。

所述此方法还包括：当判断T₃<T_max时，将所述单位冲击荷载力标记为无效数据。

所述根据所述变形起点时刻和所述变形终点时刻确定所述冲击位置的变形峰值的此方法还包括：计算小于所述杂波位移阈值的所述前置变形位移对应的绝对加速度的值的平均值；将所述变形起点时刻和所述变形终点时刻的时段内每个时刻对应的绝对加速度的值与所述平均值的差值作为序列元素，生产相对加速度序列；对所述相对加速度序列进行二重积分运算确定所述冲击位置的变形峰值。

本发明的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法，可用于对路面结构承载能力的评价，不受外界采集环境的影响，不仅提高了测量精度，也提高了测量效率；还可以用于对落锤式弯沉仪进行校准，评价落锤式弯沉仪测值的准确性，提高其对路面弯沉的测量准确性。

参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了本发明的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法流程示意图；

图2示出了本发明判断变形加速度序列是否存在前置加速度序列的流程示意图；

图3示出了本发明根据变形起点时刻确定冲击速度归零点时刻，以及根据变形起点时刻和冲击最大加速度时刻确定冲击位置的变形终点时刻的流程示意图；

图4示出了本发明根据所述变形起点时刻和所述变形终点时刻确定所述冲击位置的变形峰值的流程示意图；

图5示出了本发明的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法的另一种流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明获取通过冲击荷载对冲击位置的作用力产生的变形加速度值进一步进行数据处理判断，准确获取冲击位置的变形起点位置和变形终点位置从而得到冲击位置的最大瞬间变形位置，有效评定冲击荷载下冲击位置变形峰值测量的准确性。

下面结合附图，对根据本发明的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法进行详细说明。

图1示出了本发明的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法的一种具体实施例的流程示意图。

参照图1所示，该冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法包括以下步骤：

步骤101，将获取的单位冲击荷载力小于预设偏差值的冲击位置的绝对加速度的值作为序列元素，生成变形加速度序列；

步骤102，判断变形加速度序列存在前置加速度序列时，根据预设的前置时段以及前置加速度序列计算前置变形位移；

步骤103，判断前置变形位移小于预设的杂波位移阈值，将前置加速度序列的中间时刻确定为变形起点时刻；

步骤104，根据变形加速度序列确定冲击最大加速度点时刻；

步骤105，根据变形起点时刻确定冲击速度归零点时刻，判断冲击速度归零点时刻大于或等于冲击最大加速度时刻时，将冲击速度归零点时刻确定为冲击位置的变形终点时刻；

步骤106，根据变形起点时刻和变形终点时刻确定冲击位置的变形峰值。

上述步骤101，在冲击荷载工作状态下，将冲击荷载作用周期下的单位冲击荷载力与通过人机交互设备接收用户设定的预设偏差值进行比较，预设偏差值的设定范围为冲击荷载的设计值*2％+0.2kN，只将单位冲击荷载力小于预设偏差值的冲击位置的绝对加速度的值作为序列元素生成变形加速度序列，该过程消除了不合格的冲击荷载力，提高了冲击位置的变形峰值的有效性。

其中，获取冲击荷载作用周期下的每一个冲击荷载力，单位冲击荷载力即为当前获取到的一个冲击荷载力。

此方法还包括：将单位冲击荷载力大于预设偏差值的冲击荷载力标记为无效数据。

此方法还包括：判断变形加速度序列是否存在前置加速度序列，该方法具体执行步骤参照图2，

步骤201，将相邻两个时刻的点的绝对加速度的差值作为序列元素，生成加速度差值序列；

步骤202，判断加速度差值序列中是否存在大于预设阈值的连续的若干个序列元素；

步骤203，判断存在若干个序列元素时，则将该序列元素对应的绝对加速度的值生成前置加速度序列；

步骤204，根据预设的前置时段以及前置加速度序列计算前置变形位移；

此方法还包括：在变形加速度序列不存在前置加速度序列时，执行步骤205：将单位冲击荷载力标记为无效数据。

上述步骤102中，根据预设的前置时段以及前置加速度序列计算前置变形位移，具体执行过程如下：

确定前置加速度序列的最后一个序列元素对应的时刻，记为前置终点时刻，将前置终点时刻减去前置时段后所对应的时刻，记为前置起点时刻，计算前置起点时刻和前置终点时刻的时段对应的位移记为前置变形位移。

上述步骤202中，可通过人机交互设备用户输入的前置时段，前置时段的设定范围为20～30ms，通过对冲击位置的变形加速度序列进行数据分析，查找冲击位置变形起点时刻前的绝对加速度的值进行预判，以准确获取冲击位置变形起点时刻。

上述述步骤103中，可通过人机交互设备接收用户输入的杂波位移阈值，杂波位移阈值的设定范围为3～5um，该杂波位移阈值是为了在冲击位置的变形起点时刻消除外界环境的震动引起冲击位置的变形的影响，从而能够精确获取到冲击荷载下的变形起点位置。

其中，中间时刻可记为T₀，前置加速度序列的第一个序列元素对应的时刻可记为T_S，前置加速度序列的最后一个序列元素对应的时刻可记为T_E，则T₀＝(T_S+T_E)/2。

上述步骤104中，查找变形加速度序列中的值为最大的序列元素即为最大的绝对加速度的值，确定该最大的绝对加速度的值对应的时刻，标记为冲击最大加速度点时刻T_max。

上述步骤105中，根据变形起点时刻确定冲击速度归零点时刻，判断冲击速度归零点时刻大于或等于冲击最大加速度点时刻时，将冲击速度归零点时刻确定为冲击位置的变形终点时刻，具体执行步骤如图3所示，

步骤301，将变形起点时刻之后的绝对加速度的值计算为相应时刻的变形速度值，查找变形速度值第二次为零时对应的时刻T₂，记为冲击速度归零点时刻；

步骤302，判断T₂是否大于或等于T_max；当判断T₂≥T_max时，执行步骤303：确定T₂为变形终点时刻；

此此方法还包括：当T₂<T_max时，执行步骤304，查找变形速度第三次为零时对应的时刻T₃，记为冲击速度归零点时刻；执行步骤305：判断T₃是否大于或等于T_max；

此方法还包括：当T₃≥T_max时，执行步骤306：确定T₃为变形终点时刻；

此方法还包括：当判断T₃<T_max时，执行步骤307：将单位冲击荷载力标记为无效数据。

通过人机交互设备接收用户输入的预设阈值，预设阈值的设定范围为0.1～0.2m/s²。

上述步骤106中，根据变形起点时刻和变形终点时刻确定冲击位置的变形峰值，具体执行步骤如图4所示：

步骤401，计算小于杂波位移阈值的前置变形位移对应的绝对加速度的值的平均值；

步骤402，将变形起点时刻和变形终点时刻的时段内每个时刻对应的绝对加速度的值与平均值的差值作为序列元素，生产相对加速度序列；

步骤403，对相对加速度序列进行二重积分运算确定冲击位置的变形峰值。

上述步骤403中，是对相对加速度序列进行二重积分运算得出冲击位置的变形峰值。

在精度要求不高的测量中，一般初始加速度值取理论的重力加速度(9.8m/s²)，但加速度传感器由于所处的环境、气压、温度等不同，初始加速度值均有差异，这种差异经过二重积分得到位移时会被放大数倍，因此准确的识别出测量现场传感器的初始加速度值，将会提高积分计算结果的准确性，本发明采用将前置变形位移对应的绝对加速度的平均值作为初始加速度，最能够衡量加速度传感器在冲击开始前所处的状态。

实施例二

图5是实施例二中冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法的流程图；此方法包括：

步骤501，将获取的单位冲击荷载力小于预设偏差值的冲击位置的绝对加速度的值作为序列元素，生成变形加速度序列；

步骤502，判断变形加速度序列存在前置加速度序列时，根据预设的前置时段以及前置加速度序列计算前置变形位移；

步骤503，判断前置变形位移是否小于杂波位移阈值；

当前置变形位移小于杂波位移阈值，执行步骤504：将前置加速度序列的中间时刻确定为变形起点时刻，转至下一步；

步骤505，根据变形加速度序列确定冲击最大加速度点时刻；

步骤506，根据变形起点时刻确定冲击速度归零点时刻，判断冲击速度归零点时刻大于或等于冲击最大加速度时刻时，将冲击速度归零点时刻确定为冲击位置的变形终点时刻；

步骤507，根据变形起点时刻和变形终点时刻确定冲击位置的变形峰值。

此方法还包括：前置变形位移大于杂波位移阈值时，执行步骤508：将前置变形位移对应的前置起点时刻减去获知的采样间隔记为下一个前置终点时刻，将下一个前置终点时刻减去前置时段后对应的时刻，记为下一个前置起点时刻，计算下一个前置起点时刻和下一个前置终点时刻的时段对应的下一个前置变形位移，将下一个前置变形位移记为前置变形位移；

此方法还包括：前置变形位移大于杂波位移阈值时，记录连续执行步骤508的次数，执行步骤509：判断连续执行次数是否达到预设循环次数，判断是，执行步骤503；判断否，执行步骤510：将单位冲击荷载力标记为无效数据。

示例性地，预设循环次数可设置为10。

其中，采样间隔为获取冲击荷载下的冲击位置的变形加速度的值的频率。

上述步骤501与步骤101、上述步骤502与步骤102、上述步骤505与步骤104、上述步骤506与步骤105、上述步骤507与步骤106方法相同，在此不再赘述。

本发明的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法，在冲击荷载实际工作状态下，获取冲击位置的变形加速度值，即采用原位在线技术手段，通过对冲击荷载对冲击位置的作用力产生的变形加速度值进一步进行数据处理判断，准确获取冲击位置的变形起点位置和变形终点位置，即变形起点时刻和变形终点时刻，从而得到冲击位置的最大瞬间变形位置，即变形峰值，有效评定冲击荷载下冲击位置变形峰值测量的准确性。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括：

步骤1，将获取的单位冲击荷载力小于预设偏差值的冲击位置的绝对加速度的值作为序列元素，生成变形加速度序列；

步骤2，判断所述变形加速度序列存在前置加速度序列时，根据预设的前置时段以及所述前置加速度序列计算前置变形位移；

步骤3，判断所述前置变形位移小于预设的杂波位移阈值时，根据所述前置加速度序列确定所述冲击位置的变形起点时刻；

步骤4，根据所述变形加速度序列确定冲击最大加速度点时刻；

步骤5，根据所述变形起点时刻确定冲击速度归零点时刻，判断所述冲击速度归零点时刻大于或等于所述冲击最大加速度点时刻时，将所述冲击速度归零点时刻确定为所述冲击位置的变形终点时刻；

步骤6，根据所述变形起点时刻和所述变形终点时刻确定所述冲击位置的变形峰值。

2.如权利要求1所述的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法，其特征在于，上述步骤2还包括：判断所述变形加速度序列是否存在前置加速度序列；

所述判断所述变形加速度序列是否存在前置加速度序列的方法包括：

将相邻两个时刻的点的绝对加速度的差值作为序列元素，生成加速度差值序列；

确定所述加速度差值序列中是否存在大于预设阈值的连续的若干个序列元素，若存在所述若干个序列元素，则将该序列元素对应的绝对加速度的值生成前置加速度序列；若不存所述若干个序列元素，则将所述单位冲击荷载力标记为无效数据。

3.如权利要求1或2所述的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法，其特征在于，所述根据所述前置加速度序列确定所述冲击位置的变形起点时刻的方法包括：

确定所述前置加速度序列的最后一个序列元素对应的时刻，记为前置终点时刻，将所述前置终点时刻减去所述前置时段后所对应的时刻，记为前置起点时刻；计算所述前置起点时刻和所述前置终点时刻的时段对应的位移记为前置变形位移。

4.如权利要求1所述的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法，其特征在于，所述根据所述前置加速度序列确定所述冲击位置的变形起点时刻的方法包括：

将所述前置加速度序列的中间时刻确定为所述变形起点时刻；

其中，所述中间时刻记为T₀，所述前置加速度序列的第一个序列元素对应的时刻记为T_S，所述前置加速度序列的最后一个序列元素对应的时刻记为T_E，则T₀＝(T_S+T_E)/2。

5.如权利要求1所述的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法，其特征在于，所述此方法还包括：

判断所述前置变形位移是否小于所述杂波位移阈值，在所述前置变形位移大于所述杂波位移阈值时，将所述前置变形位移对应的前置起点时刻减去获知的采样间隔记为下一个前置终点时刻，将所述下一个前置终点时刻减去所述前置时段后对应的时刻，记为下一个前置起点时刻，计算所述下一个前置起点时刻和所述下一个前置终点时刻的时段对应的下一个前置变形位移，将所述下一个前置变形位移记为所述前置变形位移。

6.如权利要求1所述的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法，其特征在于，上述步骤4包括：

确定所述变形加速度序列中值最大的序列元素对应的时刻，标记为所述冲击最大加速度点时刻T_max。

7.如权利要求6所述的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法，其特征在于，上述步骤5包括：

将所述变形起点时刻之后的绝对加速度的值通过积分计算为相应时刻的变形速度值，查找所述变形速度值第二次为零时对应的时刻T₂，记为冲击速度归零点时刻；判断T₂≥T_max时，确定T₂为所述变形终点时刻。

8.如权利要求7所述的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法，其特征在于，所述此方法还包括：

当判断T₂<Tmax时，查找所述变形速度第三次为零时对应的时刻T₃，记为冲击速度归零点时刻；判断T₃≥T_max时，确定T₃为所述变形终点时刻。

9.如权利要求8所述的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法，其特征在于，所述此方法还包括：

当判断T₃<T_max时，将所述单位冲击荷载力标记为无效数据。

10.如权利要求1所述的冲击荷载下的冲击位置的变形峰值的计算方法，其特征在于，所述根据所述变形起点时刻和所述变形终点时刻确定所述冲击位置的变形峰值的此方法还包括：

计算小于所述杂波位移阈值的所述前置变形位移对应的绝对加速度的值的平均值；

将所述变形起点时刻和所述变形终点时刻的时段内每个时刻对应的绝对加速度的值与所述平均值的差值作为序列元素，生产相对加速度序列；

对所述相对加速度序列进行二重积分运算确定所述冲击位置的变形峰值。