CN114791319B - 一种具有固有频率的结构的检测方法 - Google Patents

一种具有固有频率的结构的检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114791319B
CN114791319B CN202210170938.2A CN202210170938A CN114791319B CN 114791319 B CN114791319 B CN 114791319B CN 202210170938 A CN202210170938 A CN 202210170938A CN 114791319 B CN114791319 B CN 114791319B
Authority
CN
China
Prior art keywords
domain data
time domain
cantilever beam
natural frequency
steps
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.)
Active
Application number
CN202210170938.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114791319A (zh
Inventor
鲁圣国
廖付阳
杨东儒
姚英邦
梁波
陶涛
赵小波
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.)
Guangdong University of Technology
Dongguan South China Design and Innovation Institute
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Dongguan South China Design and Innovation Institute
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 Guangdong University of Technology, Dongguan South China Design and Innovation Institute filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN202210170938.2A priority Critical patent/CN114791319B/zh
Publication of CN114791319A publication Critical patent/CN114791319A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114791319B publication Critical patent/CN114791319B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明实施例提供了一种具有固有频率的结构的检测方法，包括以下步骤：步骤S1，搭建模型及设置模型参数；步骤S2，采集各个模型参数下的时域数据；步骤S3，将时域数据变换为频域数据；步骤S4，根据时域数据和/或频域数据分析出固有频率的差别。本发明通过搭建模型对待测结构进行检测，能够快速获取原始数据并能准确反映出被测结构的真实信息，信噪比高；实现了非接触式时域数据的精准提取；实现了损伤的准确鉴别。

Description

一种具有固有频率的结构的检测方法
技术领域
本发明涉及具有固有频率的结构领域，尤其涉及一种具有固有频率的结构的检测方法。
背景技术
目前测量大型或小型结构主要是通过放置一个或多个加速度传感器、速度传感器、位移传感器等，进而通过传感器的输出数据来判断被测结构的损伤特征。通常因为信号传输过程中，噪声大，传感器的线性度或灵敏度低，导致测量数据误差大，信噪比较低，最终导致数据处理结果误差大。
发明内容
本发明为解决现有现有检测方法数据误差大，信噪比低的技术问题，提供了一种具有固有频率的结构的检测方法。
本发明实施例提供了一种具有固有频率的结构的检测方法，包括以下步骤：
步骤S1，搭建模型及设置模型参数；
步骤S2，采集各个模型参数下的时域数据；
步骤S3，将时域数据变换为频域数据；
步骤S4，根据时域数据和/或频域数据分析出固有频率的差别。
进一步地，步骤S3中，通过以下公式将时域数据变换为频域数据：
Figure GDA0004233186400000011
进一步地，步骤S4中，通过以下公式的计算得出固有频率的差别：
Figure GDA0004233186400000012
Figure GDA0004233186400000013
Figure GDA0004233186400000014
进一步地，步骤S1中，设置模型参数具体包括以下步骤：
通过将光学探头对准待测结构并调节焦距，使聚焦信号达到规定要求，启动数据采集软件，将采样率设置为500S/s，每通道采样设置为500，采样模式为连续采样。
进一步地，步骤S2中，采集各个模型参数下的时域数据具体包括以下步骤：
采用Polytec激光测振仪，基于多普勒原理，通过测量待测结构的反射光来确定其振动速度和位移；该仪器由控制器和非接触式标准光学头组成；控制器为光学头提供信号和电源，并处理光学探头监测到的振动信号，并以电信号形式输出给数据采集模块，采集得到待测结构时域数据。
进一步地，所述待测结构为悬臂梁，其中一端固定在台虎钳上，另一端不加约束，在自由端用细绳挂载不同质量砝码用于给悬臂梁加载初始速度。
本发明的有益效果是：本发明通过搭建模型对待测结构进行检测，能够快速获取原始数据并能准确反映出被测结构的真实信息，信噪比高；实现了非接触式时域数据的精准提取；实现了损伤的准确鉴别。
附图说明
图1为损伤长度L2＝80mm的悬臂梁模型图。
图2为实施例一中采用碳钢材质，损伤长度为L1＝120mm的离散时域数据图。
图3为实施例一中采用碳钢材质，损伤长度为L2＝80mm的离散时域数据图。
图4为实施例一中采用碳钢材质，未损伤的离散时域数据图。
图5为图2傅里叶变换后的频域数据图。
图6为图3傅里叶变换后的频域数据图。
图7为图4傅里叶变换后的频域数据图。
图8为实施例二中采用铝板材质，损伤长度为L1＝120mm的离散时域数据图。
图9为实施例二中采用铝板材质，损伤长度为L2＝80mm的离散时域数据图。
图10为实施例二中采用铝板材质，未损伤的离散时域数据图。
图11为图8傅里叶变换后的频域数据图。
图12为图9傅里叶变换后的频域数据图。
图13为图10傅里叶变换后的频域数据图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1～图13所示，下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供了一种具有固有频率的结构的检测方法，包括以下步骤：
步骤S1，搭建模型及设置模型参数；
步骤S2，采集各个模型参数下的时域数据；
步骤S3，将时域数据变换为频域数据；
步骤S4，根据时域数据和/或频域数据分析出固有频率的差别。
本发明通过搭建模型对待测结构进行检测，能够快速获取原始数据并能准确反映出被测结构的真实信息，信噪比高；实现了非接触式时域数据的精准提取；实现了损伤的准确鉴别。
在一个可选实施例中，步骤S3中，通过以下公式将时域数据变换为频域数据：
Figure GDA0004233186400000031
进一步地，步骤S4中，通过以下公式的计算得出固有频率的差别：
Figure GDA0004233186400000032
Figure GDA0004233186400000033
Figure GDA0004233186400000034
在一个可选实施例中，步骤S1中，设置模型参数具体包括以下步骤：通过将光学探头对准待测结构并调节焦距，使聚焦信号达到规定要求，启动数据采集软件，将采样率设置为500S/s，每通道采样设置为500，采样模式为连续采样。
在一个可选实施例中，步骤S2中，采集各个模型参数下的时域数据具体包括以下步骤：
采用Polytec激光测振仪，基于多普勒原理，通过测量待测结构的反射光来确定其振动速度和位移；该仪器由控制器和非接触式标准光学头组成；控制器为光学头提供信号和电源，并处理光学探头监测到的振动信号，并以电信号形式输出给数据采集模块，采集得到待测结构时域数据。
在一个可选实施例中，所述待测结构为悬臂梁，其中一端固定在台虎钳上，另一端不加约束，在自由端用细绳挂载不同质量砝码用于给悬臂梁加载初始速度。
实施例一
待测结构为长宽高分别为420mm、25mm、4mm的悬臂梁模型，由Q235碳钢加工，其中分别切割长L1＝120mm，L2＝80mm的环形缺口用于模拟损伤，图1为缺陷L2＝80mm的悬臂梁模型。许多大型机械或建筑结构可简化为悬臂梁或简支梁模型。
测量仪器为Polytec激光测振仪，基于多普勒原理设计而成，通过测量振动物体的反射光来确定其振动速度和位移。该仪器由控制器和非接触式标准光学头组成。控制器为光学头提供信号和电源，并处理光学探头监测到的振动信号，并以电信号形式输出给数据采集模块，进一步得到目标时域数据。待测结构为悬臂梁，其中一端固定在台虎钳上，另一端不加约束，在自由端用细绳挂载不同质量砝码用于给悬臂梁加载初始速度。
实验开始时，第一步设置控制器的参数。将测量选项设置成速度，单位设置为50mm/s/V。第二步将光学探头对准待测结构并调节焦距，使聚焦信号达到规定要求。第三步启动数据采集软件，设置各项参数。将采样率设置为500S/s，每通道采样设置为500，采样模式为连续采样，然后运行软件。第四步剪断细绳，因此悬臂梁会上下振动。此时振动信号通过光学探头传递到labview软件上。待悬臂梁恢复到平衡位置时，暂停软件，并将离散时域数据点导出进行下一步处理。
数据采集软件将经控制器解码的电信号采集到PC上。搭配数据采集模块，可应用与各种场景下的数据采集。
图2、图3与图4展示的分别是碳钢材质，损伤长度为L1＝120mm、L2＝80mm、未损伤的离散时域数据，并加载的都是300g的砝码。对比可见不同结构对应的时间响应有些许差别。通过无阻尼等截面的Euler-Bernouli梁的自由振动方程：
Figure GDA0004233186400000051
Figure GDA0004233186400000052
Figure GDA0004233186400000053
可知，损伤的产生会时结构刚度下降、阻尼增加，这些都与固有频率的下降紧密相关。所以不同结构对于同一响应的反映不同，即固有频率导致不同结构恢复稳定的时间不同。
图5、图6、图7分别对应图2、图3、图4的频域数据，离散时域数据不能直观的反映他们的差别，而转换到频域则可以看出他们的显著差别。通过理论公式
Figure GDA0004233186400000054
将数据从时域变换为频域，从图中可以看到，图5、图6、图7碳钢悬臂梁的模态频率分别为(46.32)，(54.26)，(57.72)，从而可以根据固有频率不同识别出准确结果。
实施例二
图8、图9与图10展示的分别是铝板材质，损伤长度为L1＝120mm、L2＝80mm、未损伤的离散时域数据，并加载的都是300g的砝码。
图11、图12、图13分别对应图8、图9与图10的频域数据。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (4)

1.一种具有固有频率的结构的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，搭建模型及设置模型参数；
步骤S2，采集各个模型参数下的时域数据；
步骤S3，将时域数据变换为频域数据；
步骤S4，根据时域数据和/或频域数据分析出固有频率的差别；
步骤S2中，采集各个模型参数下的时域数据具体包括以下步骤：
采用Polytec激光测振仪，基于多普勒原理，通过测量待测结构的反射光来确定其振动速度和位移；所述Polytec激光测振仪由控制器和非接触式标准光学头组成；控制器为光学头提供信号和电源，并处理光学探头监测到的振动信号，并以电信号形式输出给数据采集模块，采集得到待测结构时域数据；
步骤S4中，通过以下公式的计算得出固有频率的差别：
Figure FDA0004233186390000011
Figure FDA0004233186390000012
Figure FDA0004233186390000013
2.如权利要求1所述的具有固有频率的结构的检测方法，其特征在于，步骤S3中，通过以下公式将时域数据变换为频域数据：
Figure FDA0004233186390000014
3.如权利要求1所述的具有固有频率的结构的检测方法，其特征在于，步骤S1中，设置模型参数具体包括以下步骤：
通过将光学探头对准待测结构并调节焦距，使聚焦信号达到规定要求，启动数据采集软件，将采样率设置为500S/s，每通道采样设置为500，采样模式为连续采样。
4.如权利要求3所述的具有固有频率的结构的检测方法，其特征在于，所述待测结构为悬臂梁，其中一端固定在台虎钳上，另一端不加约束，在自由端用细绳挂载不同质量砝码用于给悬臂梁加载初始速度。
CN202210170938.2A 2022-02-23 2022-02-23 一种具有固有频率的结构的检测方法 Active CN114791319B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210170938.2A CN114791319B (zh) 2022-02-23 2022-02-23 一种具有固有频率的结构的检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210170938.2A CN114791319B (zh) 2022-02-23 2022-02-23 一种具有固有频率的结构的检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114791319A CN114791319A (zh) 2022-07-26
CN114791319B true CN114791319B (zh) 2023-06-23

Family

ID=82460053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210170938.2A Active CN114791319B (zh) 2022-02-23 2022-02-23 一种具有固有频率的结构的检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114791319B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5957016A (en) * 1997-04-11 1999-09-28 Sandia Corporation Method and apparatus for suppressing regenerative instability and related chatter in machine tools
EP2120034A1 (en) * 2008-05-16 2009-11-18 Vrije Universiteit Brussel Method and apparatus for providing an optimal test panel for the non-destructive measurement of elastic properties of structural materials
CN102825613A (zh) * 2012-09-17 2012-12-19 北京航空航天大学 一种基于可控局部自由度的主动减振方法与装置
CN103902504A (zh) * 2014-04-11 2014-07-02 北京工业大学 应用改进微分变换法计算欧拉-伯努利梁固有频率的方法
CN105243275A (zh) * 2015-10-10 2016-01-13 天津大学 一种海底多跨管道涡激振动的预报方法
CN109787523A (zh) * 2018-12-21 2019-05-21 华北电力大学（保定） 基于最小损耗反推控制的永磁同步电动机驱动柔性负载的储能控制方法
CN110673469A (zh) * 2019-07-23 2020-01-10 华南理工大学 一种基于反步迭代学习的欧拉-伯努利梁的振动控制方法
CN112924016A (zh) * 2021-01-26 2021-06-08 广州大学 一种悬臂梁固有频率测量系统及方法
CN113901544A (zh) * 2021-09-14 2022-01-07 浙江工业大学 梁结构中波的空间分离与约束控制方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5957016A (en) * 1997-04-11 1999-09-28 Sandia Corporation Method and apparatus for suppressing regenerative instability and related chatter in machine tools
EP2120034A1 (en) * 2008-05-16 2009-11-18 Vrije Universiteit Brussel Method and apparatus for providing an optimal test panel for the non-destructive measurement of elastic properties of structural materials
CN102825613A (zh) * 2012-09-17 2012-12-19 北京航空航天大学 一种基于可控局部自由度的主动减振方法与装置
CN103902504A (zh) * 2014-04-11 2014-07-02 北京工业大学 应用改进微分变换法计算欧拉-伯努利梁固有频率的方法
CN105243275A (zh) * 2015-10-10 2016-01-13 天津大学 一种海底多跨管道涡激振动的预报方法
CN109787523A (zh) * 2018-12-21 2019-05-21 华北电力大学（保定） 基于最小损耗反推控制的永磁同步电动机驱动柔性负载的储能控制方法
CN110673469A (zh) * 2019-07-23 2020-01-10 华南理工大学 一种基于反步迭代学习的欧拉-伯努利梁的振动控制方法
CN112924016A (zh) * 2021-01-26 2021-06-08 广州大学 一种悬臂梁固有频率测量系统及方法
CN113901544A (zh) * 2021-09-14 2022-01-07 浙江工业大学 梁结构中波的空间分离与约束控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于新型振型函数的渐细变截面悬臂梁的自由振动理论与实验研究;周坤涛;杨涛;葛根;;工程力学(第03期);28-35 *
等截面铁摩辛柯梁-抗转阻尼器系统的复模态特性;陈勇;刘盼;;振动与冲击(第23期);181-186 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114791319A (zh) 2022-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0655623B1 (en) Relative resonant frequency shifts to detect cracks
JPH05504840A (ja) 共振超音波分光学
AU2011305283B2 (en) Method of measuring damping using optical imaging technique
US9897518B2 (en) Method and apparatus for measuring damping in a workpiece
US5408880A (en) Ultrasonic differential measurement
US5571966A (en) Method and apparatus for predicting lifetime of measured object
CN109884985A (zh) 数控机床整机加工状态动态特性的测量方法
CN203069261U (zh) 基于单点激光连续平面扫描测振的模态测试系统
CN114791319B (zh) 一种具有固有频率的结构的检测方法
CN110672263A (zh) 一种冲击波压力传感器现场校准装置及方法
US5672828A (en) Strength determination of sheet materials by utrasonic testing
RU2650357C1 (ru) Способ калибровки преобразователей акустической эмиссии
CN108593769B (zh) 利用多通道控制弹性波的归一化信号激振无损检测方法
CN114813003A (zh) 一种飞机金属构件振动疲劳损伤多参数测量方法
CN111579748A (zh) 一种金属材料性能参数测量装置及方法
Roozen et al. Advanced dispersion measurement techniques for the characterization of the mechanical properties of poro-visco-elastic materials
US11624687B2 (en) Apparatus and method for detecting microcrack using orthogonality analysis of mode shape vector and principal plane in resonance point
JP3209111B2 (ja) 青果物の熟度測定方法及び測定装置
CN211178306U (zh) 一种基于在线修正的桥式振弦应变计
CN115993201A (zh) 一种基于近场辐射声压信号的拉索索力测试方法
JP2734282B2 (ja) 建築物仕上げ材の打診装置
JP3802200B2 (ja) 果実の熟度測定方法と熟度測定装置
CN114813944A (zh) 一种用超声幅值谱和相位谱检测混凝土构件应力的方法
SU917074A1 (ru) Способ определени коэффициента отражени звука
CN116295785A (zh) 一种基于主动声激励和激光多普勒面振动测量的实验模态分析方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant