一种轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法

本发明属于结构无损检测领域，尤其涉及一种轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法。

背景技术：

1、圆柱壳体结构是液化天燃气罐、压力容器和水下航行器等工业用品的基本结构，长期服役下局部腐蚀、疲劳退化现象严重，及时检测、评估及修补局部损伤对保证安全生产极为重要。无损检测是发现安全隐患最直接、最有效的方法之一。常规无损检测技术如渗透检测、射线检测、涡流检测等需要提前知晓损伤的大致位置且易于靠近待测结构，检测效率时常不高。振动法作为一种全局无损检测方法由于能整体识别结构损伤且对损伤敏感而受到工程界广泛关注。振型由于包含局部信息且测量不受环境干扰在振动法中是最常用的模态参数，但目前基于振型的损伤识别方法瓶颈在于需要有健康结构的振型进行对比才能精准识别损伤，对于已服役结构显然无法提供，严重阻碍振动法的实际应用。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述问题，提供一种轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法，以解决现有技术中需要健康振型对比这个瓶颈问题。

2、本发明所述轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法，包括如下步骤：

3、获取圆柱壳结构的径向位移振型；

4、对径向位移振型中每条轴向线进行分形变换；

5、根据分形变换的结果识别损伤；

6、所述分形变换包括：定义径向位移振型轴向线的分形维数，用于描述曲线复杂程度；对于某一条轴向线，指定滑窗尺寸和移动步长，滑窗从轴向线一端移至另一端，移动中分别计算滑窗区域内径向位移振型轴向线的分形维数值；遍历扫描径向位移振型中每一条轴向线，得到分形变换后的径向位移振型分形维数壳面。

7、进一步，本发明所述轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法，所述滑窗区域内径向位移振型轴向线的分形维数获取方法包括如下步骤：

8、整个圆柱壳结构建立圆柱坐标系，每个测点的空间位置用坐标(θ,ρ,z)表示；考虑一个典型滑窗区域中的径向位移振型轴向线，把轴向线当作是二维曲线来对待，建立xoy坐标系；

9、用圆柱壳柱坐标系下的θ值来定位轴向线的位置，轴向线x值对应柱坐标系下的z值，轴向线y值对应圆柱坐标的ρ值；

10、计算滑窗区域内轴向线分形维数前，需要对轴向线进行仿射变换，目的是为了消除轴向线中不是由损伤引起的反弯点；

11、利用式(1)计算仿射变换后滑窗区域内轴向线的分形维数值。

12、

13、其中d表示分形维数，[x(i),y(i)]表示测点在xoy坐标系下的坐标值，|·|表示绝对值，n表示滑窗的尺寸。

14、进一步，本发明所述轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法，所述遍历扫描径向位移振型中每一条轴向线，得到分形变换后的径向位移振型分形维数壳面，包括如下步骤：将滑窗沿着径向位移振型的某条轴向线由底端向顶端进行移动；

15、获取滑窗包围区域内的径向位移振型轴向线的分形维数；

16、根据每个滑窗的分形维数值和所处位置确定径向位移振型壳面所对应的分形维数壳面。

17、进一步，本发明所述轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法，所述圆柱壳结构径向位移振型的获取方法包括如下步骤：对圆柱壳结构外表面沿纵向和周向进行均匀网格化测点布置；

18、任取一点进行锤击激励或正弦激励，同时采集各个测点在脉冲或正弦激励下的径向位移时程信号；其中正弦激励的频率宜采用让圆柱壳体共振时的频率；

19、根据采集的测点位移时程信号及激励时程信号计算得到实测频率响应矩阵；利用实测频率响应矩阵中每个元素的虚部峰值及相应的空间位置即可得到圆柱壳体位移振型壳面。

20、进一步，本发明所述轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法，所述根据分形变换的结果识别损伤的方法为：当分形维数值大于某个阈值时，则判定此处为损伤位置。

21、进一步，本发明所述轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法，对所述径向位移振型轴向线进行分形变换时，还包括对径向位移振型轴向线进行仿射变换。

22、更进一步，本发明所述轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法，所述仿射变换的方法包括：仿射变换用如式(2)变换矩阵进行描述：

23、

24、式中，m是剪切映射矩阵；(x,y)和(x*,y*)分别是轴向线上测点坐标和变换后的测点坐标。

25、本发明所述轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法的优点在于：

26、(1)可用于圆柱壳结构的各种点损伤，如凹坑，腐蚀，孔洞等的检测，能检测出损伤是否发生，并能精准定位损伤的位置；

27、(2)直接利用加速度传感器采集到的加速度数据作为损伤识别的原始数据，避免使用健康位移振型作参照，同时具有平滑数据抗噪的功能，具备了在噪声环境下识别各种尺寸损伤的能力，特别适用于工程现场环境下圆柱壳结构的损伤检测；(3)解决了使用高阶振型容易产生振型反弯点误判的问题。

技术特征：

1.一种轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法，其特征在于：所述滑窗区域内径向位移振型轴向线的分形维数获取方法包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法，其特征在于：所述遍历扫描径向位移振型中每一条轴向线，得到分形变换后的径向位移振型分形维数壳面，包括如下步骤：将滑窗沿着径向位移振型的某条轴向线由底端向顶端进行移动；

4.根据权利要求1所述轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法，其特征在于：所述圆柱壳结构径向位移振型的获取方法包括如下步骤：对圆柱壳结构外表面沿纵向和周向进行均匀网格化测点布置；

5.根据权利要求1所述轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法，其特征在于：所述根据分形变换的结果识别损伤的方法为：当分形维数值大于某个阈值时，则判定此处为损伤位置。

6.根据权利要求1所述轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法，其特征在于：对所述径向位移振型轴向线进行分形变换时，还包括对径向位移振型轴向线进行仿射变换。

7.根据权利要求6所述轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法，其特征在于：所述仿射变换的方法包括：仿射变换用如式(2)变换矩阵进行描述：

技术总结一种轴向线分形表征的圆柱壳损伤识别方法，属于结构无损检测领域，其特征在于：获取圆柱壳结构的径向位移振型；对径向位移振型中每条轴向线进行分形变换；根据分形变换的结果识别损伤；可用于圆柱壳结构的各种点损伤，如凹坑，腐蚀，孔洞等的检测，能检测出损伤是否发生，并能精准定位损伤的位置；直接利用加速度传感器采集到的加速度数据作为损伤识别的原始数据，避免使用健康位移振型作参照，同时具有平滑数据抗噪的功能，具备了在噪声环境下识别各种尺寸损伤的能力，特别适用于工程现场环境下圆柱壳结构的损伤检测；解决了使用高阶振型容易产生振型反弯点误判的问题。技术研发人员：施斌凯,杨正伟,司小胜,王子健,王鑫峰受保护的技术使用者：中国人民解放军火箭军工程大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29