一种一阶螺旋杆频散特性的提取方法
【专利摘要】本发明涉及一种一阶螺旋杆频散特性的提取方法，首先建立一阶螺旋杆模型，并在该模型母线上沿螺旋中心轴Z轴方向取等间距的M个点作为信号采集点，通过有限元计算各采集点的加速度瞬态信号，即形成一个行列矩阵X；将X中的每个行向量分别进行时域傅里叶变换；接下来对上步中得到的矩阵的每个列向量进行空间域的傅里叶变换，将导波信号的位置信息变换为波数信息，得到一阶螺旋杆结构波数—频率分布图；根据波数—频率分布图中能量的分布特点，绘制出一阶螺旋杆结构的频率—波数频散曲线，进而绘制出一阶螺旋杆结构的频率—相速度频散曲线。
【专利说明】一种ー阶螺旋杆频散特性的提取方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于ニ维傅里叶变换提取ー阶螺旋杆结构频散特性的方法，属于超声导波无损检测领域。
【背景技术】
[0002]钢绞线被广泛应用于工程上的各个领域，如斜拉桥索、高层建筑电梯绳与索道等生命线工程。ー阶螺旋杆结构是钢绞线中的基础结构，作为系统中重要的支撑构件，其机械性能状况的好坏直接影响到整体结构的安全和使用寿命。因此需要应用无损检测手段对钢绞线结构进行定期检测，以及时发现缺陷、评估其健康状态，以避免构件失效带来损失和灾害。超声导波技术作为ー种新的无损检测方法，具有检测传播距离长、覆盖范围全面、效率高等特点，已被广泛应用于管、杆、板等结构的缺陷检测中。
[0003]频散特性是超声导波检测过程中确定检测方案的重要參考和依据，现有的波导频散特性提取方法普遍是通过理论计算来获得特定结构频散特性的数值描述。然而如钢绞线和圆柱螺旋压缩弹簧等含有ー阶螺旋杆结构的复杂构件，由于其结构的复杂性无法通过理论计算直接得到其频散特性的数值描述，因此研究ー阶螺旋杆结构的频散特性提取方法具有非常重要的现实意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供ー种直接通过检测信号来提取ー阶螺旋杆结构频散特性曲线的方法。ー阶螺旋杆结构示意及坐标系如附图2所示，图中:(X，Y，Z)为固定參考坐标；Z轴为螺旋中心；(x，y，s)为沿螺旋线的曲线坐标系；0P为空间轨迹在XY平面投影圆弧所经过的角度，称作旋转角；Rh为螺旋线中心在XY平面投影的半径，称作螺旋半径；，LP为螺旋线旋转一周沿Z向行进的距离，称作捻距。首先通过有限元仿真计算获得ー阶螺旋杆模型沿螺旋中心轴Z轴方向上等间距的多组加速度瞬态信号，然后对得到的加速度瞬态信号进行ニ维傅里叶变换获得波数ー频率分布图，最后分别对多模态中每个模态的极大值进行追踪和运算，提取出ー阶螺旋杆结构的相速度频散曲线。因此，该方法可以用于ー阶螺旋杆结构频散特性的提取，能够对钢绞线结构的频散特性研究提供有力支持。
[0005]本发明的具体实现步骤如下:
[0006]I)建立ー阶螺旋杆模型，并在该模型母线上沿螺旋中心轴Z轴方向取等间距的M个点作为信号采集点，通过有限元计算各采集点的加速度瞬态信号，即形成一个行列矩阵X,其中行向量表不螺旋杆某一位置上米集到的不同时刻的加速度信息，列向量代表某ー时刻所有信号采集点上的加速度信息；
[0007]2)将步骤I得到的矩阵X中的每个行向量分别进行时域傅里叶变换，得到经过第一次傅立叶变换后的矩阵，其中第i行第k列元素的变化公式如下:[0008]
【权利要求】
1.一种ー阶螺旋杆频散特性的提取方法，其特征在于包含以下步骤: 1)建立ー阶螺旋杆模型，并在该模型母线上沿螺旋中心轴Z轴方向取等间距的M个点作为信号采集点，通过有限元计算各采集点的加速度瞬态信号，即形成ー个行列矩阵X，其中行向量表不螺旋杆某一位置上米集到的不同时刻的加速度信息，列向量代表某一时刻所有信号采集点上的加速度信息； 2)将步骤I得到的矩阵X中的每个行向量分别进行时域傅里叶变换，得到经过第一次傅立叶变换后的矩阵，其中第i行第k列元素的变化公式如下:
【文档编号】G06F17/50GK103559332SQ201310473916
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2013年10月11日
【发明者】吴斌, 田博, 刘秀成, 唐楠, 高博 申请人:北京工业大学