基于电阻应变片的结构健康监测实例.pdf

2012年第4期
黑龙江水利科技
No.4.2012
(第40卷)
Heilongiiang Science and Technology of Water Conservancy
(Todal No.40)
文章编号:1007-7596(2012)04-0049-03
基于电阻应变片的结构健康监测实例
蒋洪伟
(绥化市长城建筑设计院,黑龙江绥化152000)
摘要:根椐健康监测的的相关理论,分析电阻应变片的原理,以电阻应变片作为应变监测的传感器,采用相应的数
据采集设备。通过计算机数值模拟,对某船厂所建造的工程船的4200根据健康监测的的相关理论,分析电
阻应变片的原理,以电阻应变片作为应变监测的传感器,采用相应的数据采集设备。通过计算机数值模拟,
对某船厂所建造的工程船的4200船艏楼关键部位吊装过程的应力应变值进行实时监测,获取相关监测数
据,及时反馈监测结果,确保吊装过程的安全,并与模拟结果对比分析,验证了计算机模拟结果的准确性和可
靠性。船艏楼关键部位吊装过程的应力应变值进行实时监测,获取相关监测数据,及时反馈监测结果,确保
吊装过程的安全,并与模拟结果对比分析,验证了计算机模拟结果的准确性和可靠性。
关键词:健康监测;电阻应变片;计算机数值模拟;艏楼吊装;荷载状态;实力监测
中图分类号:TU392.4
文献标识码:B
0引言
对应的变化率,灵敏度越大,电阻丝反映的信号越大。8为测
结构健康监测技术是采用智能材料结构的新概念,利∥点处应变,常用称作微应变的无量纲的符号表示。由此可
集成在结构中的先进传感器或驱动元件,在线实时地获取与知,由于灵敏度系数可视为常数,将金属丝粘贴到构件上,当
结构健状况相关的信息,并结合信号信息处理方法和材料
构件受力变形时,通过电阻丝电阻的变化值就可以得到电阻
丝的应变值,同时也就知道了构件的应变值。这就是电阻应
结构力学建模方法,提取结构损伤特征参数,识别结构的状
态,并对结构的不安全因素,在其早期就加以控制以消除安变片测量构件应变的理论基础
全隐患或控制安全隐患进一步发展,从而实现结构健康自诊
电阻应变片具有技术成熟,结构简单,价格便宜,频响特
断、自修复,保证结构安全和降低维修费用。
性好,精度高,测量范剧广,安装方便,易于补偿等优点。同
结构健康监测技术最早从于航天领域提出,随着该技术时具有现场安装不便,耐久性差,误差大,抗电磁干扰能力差
的不断发展和完善,结构健康监测技术的应用从最早的航天等缺点。综合上述优缺点,电阻应变片多用于环境电磁干扰
领域扩展到土木工程领城、船舶领域及特种装备领域,包括小的短暂荷載增量下的构件应变监测2-4)。
大型化工设备储油设备、大型核电设备和海洋钻井平台等,2工程实例
其安全运行直接关系到国民经济建设和人民的生命则财2.1工程概况
安全。
需进行应变监测的船舶是一艘有短艏楼的半潜式自航
船舶上使用的结构头其他工程结构一样,也有其提高安
工程船,全船由艏段、尾段及艏褛上建总段三部分组成,各建
全性的需求。本文以某船厂船舶制造过程中艏楼吊装为例,
通过计算机模拟优化对艏楼的关键部位进行实时的安全监
造总段整体设计,分别进行船台合拢。其中艏段(主甲板以
测,采集监测数据,及时分析结果,保证艏楼安全稳定的吊下)设两套可伸缩式全回转推进器,艏楼上建总段内布置机
装,并对比模拟和实测结果,验迁模拟结果的准确性。
舱和其它机械处所,五层上建和铝合金飞机平台位于艏楼上
部。艏艏楼上建总段与艏部总段(主甲板以下部分)并行建
1电阻应变片
造,都以船台地面为建造基准进行各自的搭载。各自搭载完
电阻应变片是最早应用在结构健康监测中的应变传感成后,为了实现两个总段的合拢,需要把艏楼上建总段提升
器。工作原理是根据电阻丝的“应变电阻效应”,即金属丝的一定的高度,再把艏部总段水平拉移至艏楼上建总段的正下
电阻值和材料的性质,电阻丝的长度和截面积的线性关系。方,进行艏楼上建总段的安装。
其关系式为:
提升箱形梁即吊梁,共8只,左右舷各4只,采用箱形结
dr/R =K x
构,既要满足安装公司提升装置的配合尺寸,又要满足与艏
式中:K为灵敏度系数,表示电阻丝产生单位应变时的电阻楼安装的对位要求。为了配合提升钢绞线下错盘,箱形梁端
[收稿日期]2012-01-18
[作者简介]蒋洪伟(1979-),男,助理工程师。
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(Todal No. 40)
部采用1.4m(W)x2m(H)高的矩形截面;为了与艏楼主结
ANSYS
构强肋位对位,箱形梁与艏楼外板结合端采用变截面,箱形
梁的上面板与艏楼8甲板对位,箱形梁的底板与艏楼7甲板
对位,箱形梁的前后两个侧面板分别与艏楼的相邻两个强肋
位对位,对位结合口处的尺寸为2.4m(W)×3.5m(H)。
艏楼上建总段与艏部总段(主甲板以下部分)并行建造,
都以船台地面为建造基准进行各自的搭载。各自搭载完成
后,再实现两个总段的合拢。
过程:首先,将提升艏楼上建总段的荷载稳定增加至
3600t,整体结构受力稳定后再继续增加荷载,达到4200t时
图3计算机模拟吊梁受力情况模型图
整体结构开始脱离地面,然后缓慢提升到预定高度。
根据计算机模拟的数值结果,优化后的选择1#、4#、5#、8
2.2监测点选择
吊梁布置监测点。每个吊梁上对称选取4个测点,测点编号
在确定监测位置之前,我们先用 ANSYS 2数值模拟软件对分别为P1,P2,和H见表1。
艏楼完全吊装起后,吊梁的受力情况进行了模拟,通过模拟
表1应力测点编号与描述
我们可以知道整个吊装过程吊梁的最大应力点,从而确定监
测点的布置位置和数量。计算机模拟吊梁的应力结果如图2
测点编号
测点位置描述
应变方向
和图3所示。
PI
箱型梁上面板与8甲板铰接处
单向
A吊果3吊梁
P2
变截面板上端内肋板交接处
向
2吊梁
1吊梁
P3
变截面板中段外侧肋板交接处
单向
P4
变截面板下端处
三向
?コ?ロ
王王?正击
arter
??
?
吊梁
6吊梁
8吊梁
7吊梁
图1艏楼吊梁布置图
图4吊梁测点布置图
例面调直布置
图5吊梁测点布置图
3监测结果
艏楼上建总段提升的应力监测分为两个阶段完成:
图2计算机模拟吊梁上面受力情况示意图
第一阶段:相关清拆工作完成后,稳定增加提升荷载至
36001后,保持状态待结构受力稳定,此过程中整体结构不离
开地面;
第二阶段:提升荷载由3600稳定增加到4200t后,整体
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