基于模态耦合点的缺陷检测方法、系统、设备及存储介质

本发明涉及缺陷检测领域，尤其是涉及一种在梁结构中基于模态耦合点的缺陷检测方法。

背景技术：

1、随着工业化发展和科技进步，损伤识别和检测在各行各业中的重要性越来越凸显，尤其是航空航天、土木建筑、设备仪器等需要高精度制造的行业，结构中一些微小的损伤就可能造成严重后果，因此，对微小缺陷的感知识别研究具有重要的现实意义。

2、基于有缺陷结构自身动力学特性的改变反馈出缺陷的信息是缺陷检测技术的主要原理，比如固有频率、振型、应变能等在缺陷的影响下产生响应来反馈缺陷信息，但此类方法一般精度较差，受振动等因素的影响。模态耦合点缺陷检测方法也是通过频率响应来感知识别缺陷，之前的模态耦合主要针对梁结构中的对称和反对称模态进行研究，而梁作为工程中常见结构，在不同工况下可以产生四种基本模态，反对称(anti-symmetric，a)、对称(symmetric，s)、水平剪切(shear-horizontal，sh)和扭转(torsional)。因此，基于现实需要，考虑多种模态的耦合，提升对微小缺陷的检测灵敏度是很有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有高灵敏度的缺陷检测方法。通过在梁中对称施加具有反馈的外力，实现不同模态耦合点，其对缺陷具有高灵敏度响应，有效提高检测精度。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、作为本发明的第一方面，提供一种基于模态耦合点的缺陷检测方法，包括：

4、在无缺陷梁中确定实现模态耦合点对应外力的大小；

5、对被测梁施加在无缺陷梁中确定的模态耦合点对应外力，并进行透射计算，若频率响应出现分裂的两个共振峰，则判断存在缺陷，分裂程度反映缺陷的大小。

6、进一步的，所述确定实现模态耦合点对应外力的大小的具体步骤包括：

7、在无缺陷梁表面施加偶数对的对称布置的外力，同一对外力包括两个方向相反的外力，所检测的速度方向和外力施加方向一致；

8、获取速度差，速度传感器位置为对应的外力施加位置；

9、取同一对外力速度的差作为外力的反馈；

10、不断增加外力大小，直至梁的两个本征频率简并。

11、进一步的，所述外力的间距和中心位置在保持结构整体对称性的前提下进行调节，具体步骤包括：

12、通过计算梁的速度分布，得到速度的极大值点；

13、将外力施加位置大致在速度极大值点附近；

14、对外力施加位置在速度极大值点附近范围进行微调，得到实现模态耦合点的外力尽量小的外力分布位置。

15、进一步的，对待检测的梁施加的所述模态耦合点对应外力通过压电贴片实现，具体步骤包括：

16、所述压电贴片位置和速度差同在无缺陷梁中确定的外力情况一致，不同方向的外力通过改变极化方向实现；

17、不断增加电压，直至两共振频率合并得到模态耦合点对应的电压。

18、进一步的，对所述待测梁进行透射计算获得频率响应的具体步骤包括：

19、在被测梁的一端施加弯曲波或纵波激励，在被测梁的另一端接收应变响应，频率响应的振幅定义为∈＝log10(∫∈xxdx)，其中∈xx为接收端获得的应变；

20、若被测梁存在缺陷，则在缺陷的影响下频率响应出现分裂的两个共振峰。

21、作为本发明的第二方面，提供一种基于模态耦合点的缺陷检测系统，包括：

22、模态耦合点对应外力确定模块，用于在无缺陷梁中确定实现模态耦合点对应外力的大小；

23、位置调节模块，用于在保持结构整体对称性的前提下调节外力的间距和中心位置；

24、压电贴片，用于施加等效外力，并增加施加直至达到两共振频率合并得到模态耦合点；

25、缺陷检测模块，用于对被测梁施加模态耦合点对应外力，并进行透射计算，若频率响应出现分裂的两个共振峰，则判断存在缺陷，分裂程度反映缺陷的大小。

26、进一步的，所述模态耦合点对应外力确定模块包括：

27、外力施加单元，用于在无缺陷梁表面施加偶数对的对称布置的外力，并不断增加外力大小，直至梁的两个本征频率简并；同一对所述外力包括两个方向相反的外力，所检测的速度方向和外力施加方向一致；

28、速度反馈单元，用于获取外力施加位置速度差，并且取同一对速度的差作为外力的反馈。

29、进一步的，所述缺陷检测模块包括

30、激励模块，用于在被测梁的一端施加弯曲波或纵波激励；

31、响应接收模块，用于在被测梁的另一端接收应变响应，频率响应的振幅定义为∈＝log10(∫∈xxdx)，其中∈xx为接收端获得的应变；

32、判断模块，若频率响应出现分裂的两个共振峰，则判断被测梁存在缺陷。

33、作为本发明的第三方面，提供一种缺陷检测设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述设备还包括压电贴片，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述缺陷检测方法的步骤。

34、作为本发明的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的缺陷检测方法的步骤。

35、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

36、1)本发明提供一种适应不同振动模态的梁的缺陷检测方法，通过改变外力的方向可以实现不同的模态耦合点，并对缺陷产生响应。

37、2)本发明提供一种高灵敏度的微小缺陷检测方法。模态耦合点的响应和缺陷成平方根关系，相对于传统的线性响应更具优势。

38、3)本发明提供一种具有较高调谐性缺陷检测方法。通过对外力或压电片布置位置的调整，可以调节模态耦合点对应的外力或电压大小。在更高频率范围实现模态耦合点可以实现更好的检测效果。

39、4)本发明提供一种针对整体梁结构的缺陷检测方法，无需进行局部扫描来感知缺陷。

技术特征：

1.一种基于模态耦合点的缺陷检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于模态耦合点的缺陷检测方法，其特征在于，所述确定实现模态耦合点对应外力的大小的具体步骤包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于模态耦合点的缺陷检测方法，其特征在于，所述外力的间距和中心位置在保持结构整体对称性的前提下进行调节，具体步骤包括：

4.根据权利要求2所述的一种基于模态耦合点的缺陷检测方法，其特征在于，对待检测的梁施加的所述模态耦合点对应外力通过压电贴片实现，具体步骤包括：

5.根据权利要求1所述的一种基于模态耦合点的缺陷检测方法，其特征在于，对所述待测梁进行透射计算获得频率响应的具体步骤包括：

6.一种基于模态耦合点的缺陷检测系统，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的一种基于模态耦合点的缺陷检测系统，其特征在于，所述模态耦合点对应外力确定模块包括：

8.根据权利要求6所述的一种基于模态耦合点的缺陷检测系统，其特征在于，所述缺陷检测模块包括

9.一种缺陷检测设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述设备还包括压电贴片，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5中任一项所述缺陷检测方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的缺陷检测方法的步骤。

技术总结
本发明涉及一种基于模态耦合点的缺陷检测方法、系统、设备及存储介质，该方法包括：在无缺陷梁中确定模态耦合点对应的外力大小，在有缺陷梁中施加同样的外力并通过响应谱的频率分裂反映缺陷信息，外力通过梁上两对对称布置的压电贴片提供，并以压电贴片对应位置的速度差做为反馈。与现有技术相比，本发明所需设备简单，可直接对梁结构整体中存在的缺陷进行检测，压电片间距和中心位置做为可调谐参数，使得此方法可以适应不同结构和工况，高频下构造的模态耦合点可实现更高的检测灵敏度，且模态耦合点对微小缺陷的响应更为显著，对细微缺陷的检测更具优势。

技术研发人员：金亚斌,李文君,李岩
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13