一种螺旋结构应力状态导波无损检测方法

本发明涉及钢绞线应力无损检测，尤其是一种螺旋结构应力状态导波无损检测方法。

背景技术：

1、钢绞线在民用基础设施中用作受拉元件，如斜拉桥和预应力混凝土结构。由于钢绞线受到疲劳、腐蚀、振动等因素影响，其使用寿命很大程度降低，甚至出现断裂，从而引发安全事故，因此对钢绞线的应力水平进行现场检测变得势在必行。钢绞线是由多根钢丝绞合而成的，不仅结构的几何特性复杂，接触钢丝之间的摩擦、挤压等耦合作用使得钢绞线呈现高度的非线性，这些因素使得对钢绞线损失的研究变得十分困难。传统的钢绞线损失检测方法有射线检测法、漏磁检测法、声波检测法等，存在很多局限性。

技术实现思路

1、本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种螺旋结构应力状态导波无损检测方法，基于超声导波频散特性和非线性摄动理论相结合，建立了钢绞线轴向应力的变化与频散特性的变化之间的关系，在不同的轴力作用下，导波频散特性会随之而改变，建立以相速度对应力的敏感度和模态振型为指标模型确定应力检测的模态，最后根据群速度的摄动量反算钢绞线的应力，实现钢绞线的应力检测。

2、本发明目的实现由以下技术方案完成：

3、一种螺旋结构应力状态导波无损检测方法，其特征在于：该检测方法基于超声导波频散特性和非线性摄动理论相结合，建立钢绞线轴向应力的变化与频散特性的变化之间的关系，包括：

4、利用改进的半解析有限元方法获取钢绞线的频散曲线；

5、以钢绞线的频散曲线确定应力检测频率；

6、建立以相速度对应力的敏感度和模态振型为指标模型确定应力检测模态；

7、根据应力检测频率和应力检测模态，利用群速度的摄动量与钢绞线的频散特性之间的关系反算钢绞线的轴向应力。

8、根据所述钢绞线的螺旋周期结构的空间排布规律改进半解析有限元方法获取所述钢绞线的频散曲线，所述频散曲线包括所述钢绞线的相速度频散曲线和群速度频散曲线。

9、所述钢绞线的轴向应力通过下式计算得到：

10、

11、式中：ρ为密度、δξ为波数变化量、为特征向量的转置、k3为系统刚度矩阵、ξm、分别为波数和摄动后的波数、m为系统质量矩阵。

12、本发明的优点是：实现弯曲、扭转的钢绞线轴向应力的无损检测；仅需测定一次群速度，便可实现对钢绞线轴向应力的简便、精确计算，并且具有高精度的优势；除了钢绞线之外，也可应用于其他弯曲、扭转的材料以及均匀直波导结构的轴向应力检测，具有广阔的应用范围。

技术特征：

1.一种螺旋结构应力状态导波无损检测方法，其特征在于：该检测方法基于超声导波频散特性和非线性摄动理论相结合，建立钢绞线轴向应力的变化与频散特性的变化之间的关系，包括：

2.根据权利要求1所述的一种螺旋结构应力状态导波无损检测方法，其特征在于：根据所述钢绞线的螺旋周期结构的空间排布规律改进半解析有限元方法获取所述钢绞线的频散曲线，所述频散曲线包括所述钢绞线的相速度频散曲线和群速度频散曲线。

3.根据权利要求1所述的一种螺旋结构应力状态导波无损检测方法，其特征在于：所述钢绞线的轴向应力通过下式计算得到：

技术总结
本发明涉及钢绞线应力无损检测技术领域，尤其是一种螺旋结构应力状态导波无损检测方法，基于超声导波频散特性和非线性摄动理论相结合，建立钢绞线轴向应力的变化与频散特性的变化之间的关系，包括：利用改进的半解析有限元方法获取钢绞线的频散曲线；以钢绞线的频散曲线确定应力检测频率；建立以相速度对应力的敏感度和模态振型为指标模型确定应力检测模态；根据应力检测频率和应力检测模态，利用群速度的摄动量与钢绞线的频散特性之间的关系反算钢绞线的轴向应力。本发明的优点是：仅需测定一次群速度，便可实现对钢绞线轴向应力的简便、精确计算，并且具有高精度的优势。

技术研发人员：陈华鹏,李浩华,张国印,周杭,罗伟兵,李苇航
受保护的技术使用者：华东交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15