用于端板的变形检测方法与流程

1.本发明涉及水下施工领域，特指一种用于端板的变形检测方法。


背景技术：

2.在水下打捞作业过程中通常需要将端板插入水底固定，为打捞设备提供固定基础，在施工的过程中端板往往需要承受较为复杂的应力，因此需要对端板的受力及变形量进行检测，以确保施工的安全性，目前常用的变形检测方法是在构件上安装应变片和位移计，但这两种方式只能对构件的易疲劳和易损伤位置进行检测，即只能实现单点检测，并不适用于大型的端板，且端板要固定于水底，应变片和位移计在水下存活率较低，容易受到水流、涂层和杂物的干扰，检测结果的可信度不高。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于端板的变形检测方法，解决了水下大型构件的变形量检测困难的问题，检测点较为密集能够适用于大型构件，且这种方式能够适用于水下施工环境，不易受到水流等环境因素的干扰，提升了检测结果的可信度。
4.实现上述目的的技术方案是：
5.本发明提供了一种用于端板的变形检测方法，包括如下步骤：
6.提供光纤，将光纤固定于端板的表面，且光纤沿端板的高度方向延伸；
7.建立xyz坐标系，且z轴沿光纤的延伸方向延伸，x轴和y轴分别沿与z轴相垂直的两个中性轴的方向延伸；
8.将光纤分为若干设定长度的微段，该微段的坐标为(x1、y1、z)，利用光纤测得端板对应每个微段处的应变，进而根据应变计算得出端板对应该微段处的变形量。
9.本发明提出了一种用于端板的变形检测方法，通过利用光纤测得端板对应每个微段处的应变，进而根据应变能够计算得出端板的变形量，由于光纤沿端板的表面延伸，因此检测点较为密集，能够适用于大型构件的变形检测，且光纤受外界环境因素的影响较小，因此能够提升检测结果的可靠性，解决了水下大型构件的变形量检测困难的问题，检测点较为密集能够适用于大型构件，且这种方式能够适用于水下施工环境，不易受到水流等环境因素的干扰，提升了检测结果的可信度。
10.本发明用于端板的变形检测方法的进一步改进在于，计算端板的变形量时，还包括将光纤分为若干0.001m的微段，计算公式如下：
11.[0012][0013]
其中，θ
mx
(z)为在z位置处绕x轴向弯矩引起的角度变化量，εi为第i段微段测得的应变，y1为光纤在y轴的坐标，c1为z轴z＝0处截面转角θ
my
(0)的值，v为y轴方向的变形量，z为z位置处z轴的坐标，θ
mx
(zi)为第i段微段处绕x轴向弯矩引起的角度变化量，c2为z轴z＝0处截面转角ω
my
(0)的值。
[0014]
本发明用于端板的变形检测方法的进一步改进在于，还包括沿端板的z轴方向间隔设置有三根光纤，三根光纤的坐标分别为(x1、y1、z)、(x2、y2、z)和(x3、y3、z)，根据三根光纤测得的应变计算得出在z位置处绕y轴向弯矩引起的角度变化量的一阶导数在z位置处绕x轴向弯矩引起的角度变化量的一阶导数以及在z位置处z轴向的轴力引起的应变εn(z)，计算公式如下：
[0015][0016]
且的秩为3，以得出和εn(z)的唯一解，进而根据和εn(z)计算得出x轴向、y轴向和z轴向的位移变化量；
[0017]
其中，ε1(z)为坐标为(x1、y1、z)的光纤测得的z位置处的应变，ε2(z)为坐标为(x2、y2、z)的光纤测得的z位置处的应变，ε3(z)为坐标为(x3、y3、z)的光纤测得的z位置处的应变。
[0018]
本发明用于端板的变形检测方法的进一步改进在于，计算端板的变形量时，还包括将每根光纤分为若干0.001m的微段，计算公式如下：
[0019][0020]
其中，μ为x轴方向的变形量，为在z位置处绕y轴向弯矩引起的角度变化量的一阶导数，θ
my
(zi)为第i段微段处绕y轴向弯矩引起的角度变化量，c1为z轴z＝0处截面转角θ
my
(0)的值，c2为z轴z＝0处x轴方向的位移量且取0，z为z位置处z轴的坐标。
[0021]
本发明用于端板的变形检测方法的进一步改进在于，还包括：
[0022][0023]
其中，ν为y轴方向的变形量，为在z位置处绕x轴向弯矩引起的角度变化量的一阶导数，θ
mx
(zi)为第i段微段处绕x轴向弯矩引起的角度变化量，c3为z轴z＝0处截面转
角θ
mx
(0)的值，c4为z轴z＝0处y轴方向的位移量且取0，z为z位置处z轴的坐标。
[0024]
本发明用于端板的变形检测方法的进一步改进在于，还包括：
[0025][0026]
其中，w为z轴方向的变形量，εn(z)为在z位置处z轴向的轴力引起的应变，c5为在z轴z＝0处z轴向拉力引起的位移量且取0。
[0027]
本发明用于端板的变形检测方法的进一步改进在于，端板的一侧安装有水下施工装置，设置光纤时，还包括：
[0028]
于端板远离水下施工装置的一侧表面固定相互平行的两条光纤，于端板靠近水下施工装置的一侧表面固定一条光纤。
[0029]
本发明用于端板的变形检测方法的进一步改进在于，固定光纤时，还包括：
[0030]
将光纤粘贴固定于端板的表面，并沿端板的高度方向向下延伸至端板的底部，以形成第一竖直段；
[0031]
弯折光纤并沿端板的宽度方向粘贴固定于端板的表面，以形成水平段；
[0032]
弯折光纤并沿端板的高度方向延伸至端板的顶部，以形成与第一竖直段相对的第二竖直段。
[0033]
本发明用于端板的变形检测方法的进一步改进在于，光纤设置于端板靠近中部的位置。
附图说明
[0034]
图1为本发明用于端板的变形检测方法中端板靠近水下施工装置的侧部的结构示意图。
[0035]
图2为本发明用于端板的变形检测方法中端板远离水下施工装置的侧部的结构示意图。
具体实施方式
[0036]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0037]
本发明提供了一种用于端板的变形检测方法，通过利用光纤测得端板对应每个微段处的应变，进而根据应变能够计算得出端板的变形量，由于光纤沿端板的表面延伸，因此检测点较为密集，能够适用于大型构件的变形检测，且光纤受外界环境因素的影响较小，因此能够提升检测结果的可靠性，解决了水下大型构件的变形量检测困难的问题，检测点较为密集能够适用于大型构件，且这种方式能够适用于水下施工环境，不易受到水流等环境因素的干扰，提升了检测结果的可信度。下面结合附图对本发明用于端板的变形检测方法进行说明。
[0038]
参阅图1，图1为本发明用于端板的变形检测方法中端板靠近水下施工装置的侧部的结构示意图。下面结合图1，对本发明用于端板的变形检测方法进行说明。
[0039]
如图1和图2所示，本发明提供了一种用于端板的变形检测方法，包括如下步骤：
[0040]
提供光纤，将光纤11固定于端板21的表面，且光纤11沿端板21的高度方向延伸；
[0041]
建立xyz坐标系，且z轴沿光纤的延伸方向延伸，x轴和y轴分别沿与z轴相垂直的两个中性轴的方向延伸；
[0042]
将光纤分为若干设定长度的微段，该微段的坐标为(x1、y1、z)，由于光纤沿z轴延伸，因此微段的坐标中的z为变量，x1和y1为固定值，利用光纤测得端板对应每个微段处的应变，进而根据应变计算得出端板的变形量。
[0043]
进一步的，端板21的一侧安装有水下施工装置，设置光纤11时，还包括：
[0044]
于端板21远离水下施工装置的一侧表面固定相互平行的两条光纤11，于端板21靠近水下施工装置的一侧表面固定一条光纤11。
[0045]
具体的，固定光纤11时，还包括：
[0046]
将光纤11粘贴固定于端板21的表面，并沿端板21的高度方向向下延伸至端板的底部，以形成第一竖直段；
[0047]
弯折光纤11并沿端板21的宽度方向粘贴固定于端板21的表面，以形成水平段；
[0048]
弯折光纤11并沿端板21的高度方向延伸至端板21的顶部，以形成与第一竖直段相对的第二竖直段。
[0049]
较佳地，光纤11设置于端板21靠近中部的位置。
[0050]
作为本发明的一较佳实施方式，计算端板的变形量时，还包括将光纤分为若干0.001m的微段，此时认为只在z0y平面发生形变，计算公式如下：
[0051][0052][0053]
其中，θ
mx
(z)为在z位置处绕x轴向弯矩引起的角度变化量，εi为第i段微段测得的应变，y1为光纤在y轴的坐标，c1为z轴z＝0处截面转角θ
my
(0)的值，v为y轴方向的变形量，z为z位置处z轴的坐标，θ
mx
(zi)为第i段微段处绕x轴向弯矩引起的角度变化量，c2为z轴z＝0处截面转角ω
my
(0)的值。
[0054]
作为本发明的又一较佳实施方式，还包括沿端板的z轴方向间隔设置有三根光纤，三根光纤的坐标分别为(x1、y1、z)、(x2、y2、z)和(x3、y3、z)，此时认为z0y和x0z两个平面内受弯变形，且有受拉变形，根据三根光纤测得的应变计算得出在z位置处绕y轴向弯矩引起的角度变化量的一阶导数在z位置处绕x轴向弯矩引起的角度变化量的一阶导数以及在z位置处z轴向的轴力引起的应变εn(z)，计算公式如下：
[0055]
[0056]
且的秩为3，以得出和εn(z)的唯一解，进而根据和εn(z)计算得出x轴向、y轴向和z轴向的位移变化量；
[0057]
其中，ε1(z)为坐标为(x1、y1、z)的光纤测得的z位置处的应变，ε2(z)为坐标为(x2、y2、z)的光纤测得的z位置处的应变，ε3(z)为坐标为(x3、y3、z)的光纤测得的z位置处的应变。
[0058]
进一步的，计算端板的变形量时，还包括将每根光纤分为若干0.001m的微段，计算公式如下：
[0059][0060]
其中，μ为x轴方向的变形量，为在z位置处绕y轴向弯矩引起的角度变化量的一阶导数，θ
my
(zi)为第i段微段处绕y轴向弯矩引起的角度变化量，c1为z轴z＝0处截面转角θ
my
(0)的值，c2为z轴z＝0处x轴方向的位移量且取0，z为z位置处z轴的坐标。
[0061]
具体的，还包括：
[0062][0063]
其中，v为y轴方向的变形量，为在z位置处绕x轴向弯矩引起的角度变化量的一阶导数，θ
mx
(zi)为第i段微段处绕x轴向弯矩引起的角度变化量，c3为z轴z＝0处截面转角θ
mx
(0)的值，c4为z轴z＝0处y轴方向的位移量且取0，z为z位置处z轴的坐标。
[0064]
具体的，还包括：
[0065][0066]
其中，w为z轴方向的变形量，εn(z)为在z位置处z轴向的轴力引起的应变，c5为在z轴z＝0处z轴向拉力引起的位移量且取0。
[0067]
本发明的具体实施方式如下：
[0068]
在端板21远离水下施工装置的一侧表面固定相互平行的两条光纤11，于端板21靠近水下施工装置的一侧表面固定一条光纤11。
[0069]
当认为只在z0y平面发生形变时，定义一根光纤的坐标为(x1、y1、z)，将光纤分为若干0.001m的微段，计算公式如下：
[0070]
[0071][0072]
其中，θ
mx
(z)为在z位置处绕x轴向弯矩引起的角度变化量，εi为第i段微段测得的应变，y1为光纤在y轴的坐标，c1为z轴z＝0处截面转角θ
my
(0)的值，v为y轴方向的变形量，z为z位置处z轴的坐标，θ
mx
(zi)为第i段微段处绕x轴向弯矩引起的角度变化量，c2为z轴z＝0处截面转角ω
my
(0)的值；
[0073]
即根据第i段微段测得的应变计算得出对应位置的角度变形量，进而将每个微段的角度变形量代入v的计算公式中以计算得出y轴方向的变形量。
[0074]
当认为z0y和x0z两个平面内受弯变形且有受拉变形时，标记三根光纤的坐标分别为(x1、y1、z)、(x2、y2、z)和(x3、y3、z)根据三根光纤测得的应变计算得出在z位置处绕y轴向弯矩引起的角度变化量的一阶导数在z位置处绕x轴向弯矩引起的角度变化量的一阶导数以及在z位置处z轴向的轴力引起的应变εn(z)，计算公式如下：
[0075][0076]
且的秩为3，以得出和εn(z)的唯一解，进而根据和εn(z)计算得出x轴向、y轴向和z轴向的位移变化量；
[0077]
其中，ε1(z)为坐标为(x1、y1、z)的光纤测得的z位置处的应变，ε2(z)为坐标为(x2、y2、z)的光纤测得的z位置处的应变，ε3(z)为坐标为(x3、y3、z)的光纤测得的z位置处的应变；
[0078]
将每根光纤分为若干0.001m的微段，计算公式如下：
[0079][0080]
其中，μ为x轴方向的变形量，为在z位置处绕y轴向弯矩引起的角度变化量的一阶导数，θ
my
(zi)为第i段微段处绕y轴向弯矩引起的角度变化量，c1为z轴z＝0处截面转角θ
my
(0)的值，c2为z轴z＝0处x轴方向的位移量且取0，z为z位置处z轴的坐标；
[0081]
即对求出的进行两次积分，可计算出x轴方向的变形量；
[0082][0083]
其中，v为y轴方向的变形量，为在z位置处绕x轴向弯矩引起的角度变化量
的一阶导数，θ
mx
(zi)为第i段微段处绕x轴向弯矩引起的角度变化量，c3为z轴z＝0处截面转角θ
mx
(0)的值，c4为z轴z＝0处y轴方向的位移量且取0，z为z位置处z轴的坐标；
[0084]
即对求出的进行两次积分，可计算出y轴方向的变形量；
[0085][0086]
其中，w为z轴方向的变形量，εn(z)为在z位置处z轴向的轴力引起的应变，c5为在z轴z＝0处z轴向拉力引起的位移量且取0；
[0087]
即对求出的εn(z)进行积分，可计算出z轴方向的变形量；
[0088]
综上，即可得到端板沿x轴、y轴和z轴三个方向上的变形量。
[0089]
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。