基于動(dòng)力特性的木地板損傷檢測(cè)

柳旭 周建宏 鄭志恒

摘 ? 要：木地板作為重要的裝修材料，越來(lái)越多的走進(jìn)人們的日常生活和工作的場(chǎng)景當(dāng)中，但由于木地板本身的結(jié)構(gòu)特質(zhì)，使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生開(kāi)裂變形等局部問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致對(duì)于使用者的安全造成威脅。所以對(duì)于木地板的結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)十分重要。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法存在一定的局限性，檢測(cè)過(guò)程會(huì)對(duì)材質(zhì)產(chǎn)生不同程度的破壞。通過(guò)木地板的動(dòng)力特性，可以在不損傷材質(zhì)的情況下，對(duì)木地板的安全現(xiàn)狀進(jìn)行測(cè)試，以達(dá)到排除隱患的目的。

關(guān)鍵詞：木地板損傷檢測(cè) ?動(dòng)力特性

中圖分類號(hào)：TU564.6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）02（c）-0038-02

木地板使用過(guò)程當(dāng)中一定會(huì)發(fā)生一定程度的損傷，而這種損傷會(huì)對(duì)整個(gè)木地板的使用安全造成危害，我們需要對(duì)木地板的實(shí)際狀況進(jìn)行測(cè)試。傳統(tǒng)的測(cè)試方法會(huì)對(duì)木地板本身造成傷害，本文基于動(dòng)力特性將木地板整個(gè)結(jié)構(gòu)假設(shè)為一個(gè)簡(jiǎn)易的支梁系統(tǒng)，利用量在不同振動(dòng)方程發(fā)出發(fā)，包括引入損傷系數(shù)矩陣，利用結(jié)構(gòu)損傷前后的固有頻率和未受損傷的結(jié)構(gòu)頻率計(jì)算，其影響數(shù)值來(lái)判定其損傷。

1 ?傳統(tǒng)檢測(cè)方法

1.1 傳統(tǒng)檢測(cè)法的介紹

由于木地板在使用過(guò)程當(dāng)中一定會(huì)發(fā)生一定程度的形變，所以我們可以通過(guò)其物理性狀的變化進(jìn)行其，損傷的初步判斷和常用的傳統(tǒng)判斷方法有以下兩種。

1.1.1 測(cè)量法

任何物品在使用過(guò)程當(dāng)中，如果發(fā)生了損壞，必然就會(huì)發(fā)生形變著，利用這個(gè)原理，我們可以通過(guò)對(duì)于木地板在使用初期測(cè)量的量和使用過(guò)程中的測(cè)量對(duì)其的損傷情況作出一個(gè)初步的判定，通過(guò)測(cè)量，木地板在使用過(guò)程中長(zhǎng)寬高以及不同取樣點(diǎn)之間的形變直，我們可以對(duì)于發(fā)生問(wèn)題的木地板進(jìn)行判定。

1.1.2 取樣法

由于測(cè)量法只能作出大概的損傷狀況的判定，對(duì)于存在隱患的木地板不能進(jìn)行直接的判定，我們可以使用取樣法來(lái)對(duì)于可能存在問(wèn)題的木地板進(jìn)行檢測(cè)，具體做法就是從所有的木地板中抽樣選取一塊出來(lái)，進(jìn)行外觀上面的觀察，對(duì)于其整個(gè)的形狀進(jìn)行測(cè)量，然后確定是否已經(jīng)發(fā)生了小幅度的形變，我發(fā)現(xiàn)此樣品已經(jīng)發(fā)生了形變，可以對(duì)其進(jìn)行切片，檢測(cè)其切面變化，一般正常的木地板的紋理應(yīng)該是一種符合于木頭本身的紋理發(fā)展方向，而如果出現(xiàn)問(wèn)題的木地板，其結(jié)構(gòu)上面會(huì)出現(xiàn)漏洞或者，紋理錯(cuò)位的情況，由此可以判定此木地板已經(jīng)發(fā)生了嚴(yán)重的問(wèn)題，需要及時(shí)更換。

1.2 傳統(tǒng)檢測(cè)方法的弊端

對(duì)于已經(jīng)使用的木地板傳統(tǒng)一般來(lái)說(shuō)使用的是測(cè)量或者將部分木地板拿出來(lái)取樣的方法來(lái)測(cè)定其是否已經(jīng)存在與損傷。這兩種方法都存在著自己的弊端，首先測(cè)量法只能對(duì)表面進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于木地板內(nèi)部的損傷情況并不能有直觀的觀察，我木地板已經(jīng)變形到可以通過(guò)測(cè)量其高度和寬度來(lái)確定其變形程度時(shí)，已經(jīng)就存在著安全隱患了。而取樣法將一塊單獨(dú)的木地板貼出來(lái)進(jìn)行切面測(cè)試，看是否其中也存在著裂縫和變形的問(wèn)題，這樣一來(lái)就破壞了原來(lái)的木地板結(jié)構(gòu)，而且取樣的樣本選擇不正確，也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)測(cè)試的結(jié)果產(chǎn)生偏差，我對(duì)整個(gè)建筑物內(nèi)的木地板具體使用狀況進(jìn)行測(cè)試。

2 ?動(dòng)力特性測(cè)試的原理

任何物體都有自己的結(jié)構(gòu)特性，而這種結(jié)構(gòu)特性會(huì)在受到外力影響時(shí)產(chǎn)生固定頻率的位移和為一套陣型，位移模態(tài)振型應(yīng)變模態(tài)陣型以及陣形曲面的變化，第一不同密度材質(zhì)纖維方向不同，外地的信號(hào)做出不同的反應(yīng)原因，我們將整個(gè)木地板設(shè)置成為一個(gè)簡(jiǎn)單的梁化結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷時(shí)，其剛度和質(zhì)量均會(huì)發(fā)生變化，這個(gè)時(shí)候我們可以對(duì)比著木地板的固有振動(dòng)頻率，通過(guò)對(duì)于不同頻率化的觀察以確定其內(nèi)部造成的損傷情況。

3 ?木地板測(cè)試中動(dòng)力參數(shù)的選擇

由于木地板結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別是其結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)的核心，對(duì)其損傷結(jié)構(gòu)程度定義又是木地板損傷結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)地關(guān)鍵，所以基于動(dòng)力特性的結(jié)構(gòu)損傷，檢測(cè)參數(shù)應(yīng)該選擇一個(gè)可測(cè)一測(cè)，對(duì)結(jié)構(gòu)敏感的參數(shù)，用于對(duì)于商城識(shí)別的物理量可以進(jìn)行全局量，但用于損傷定位的目標(biāo)又必須是局域的滿足，局部損傷和位置定位函數(shù)是兩條基本要求。通過(guò)已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于木地板結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，研究發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)測(cè)試簡(jiǎn)單易行，但是獲得的信號(hào)強(qiáng)度不強(qiáng)，受迫于震動(dòng)能夠發(fā)出連續(xù)劇好，但不能直接獲得主力數(shù)據(jù)特點(diǎn)。你應(yīng)該先對(duì)木地板的原有固定成頻率做一個(gè)識(shí)別。

當(dāng)木地板結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷時(shí)，其剛度和質(zhì)量均會(huì)發(fā)生變化，基于固定頻率的變化進(jìn)行損傷測(cè)試時(shí)，可以忽略結(jié)構(gòu)質(zhì)量的變化，而考慮損傷造成的結(jié)構(gòu)剛度的降低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)固有頻率的降低，因此可以比較前后頻率來(lái)識(shí)別損傷結(jié)果。這樣測(cè)試可以帶來(lái)優(yōu)點(diǎn)也帶來(lái)了缺點(diǎn)。一方面基于固定頻率變化的損傷測(cè)試，在模擬數(shù)字中最容易被策得，而且也較高的精度，用固定頻率改變量做判定指標(biāo)，相對(duì)應(yīng)的振型也更加精準(zhǔn)，另一方面將固定頻率作為指標(biāo)在了以下確定結(jié)構(gòu)個(gè)階段頻率對(duì)于所處的損傷敏感度不同作為結(jié)構(gòu)廣義剛度和廣義頻率反映的是結(jié)構(gòu)整體的動(dòng)態(tài)特征，難以反映結(jié)構(gòu)局部的損傷，因此用單一而不完整的頻率很難測(cè)出損傷的位置和程度信息，由于高階頻率對(duì)低價(jià)頻率較損傷敏感，而復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高階頻率難以測(cè)試，導(dǎo)致?lián)p傷難以準(zhǔn)確識(shí)別，不同位置不同程度損傷可以引起不同頻率變化，從而不能確定損傷的位置。

在實(shí)際的木地板健康檢測(cè)中，固有頻率最容易測(cè)得且精度較高的模態(tài)參數(shù)。為了克服頻率不能作為局部損傷指標(biāo)進(jìn)行損傷定位及程度判別的不足，將木地板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁，從梁的受迫振動(dòng)方程出發(fā)，利用振型疊加法計(jì)算簡(jiǎn)直梁在簡(jiǎn)諧激勵(lì)下的響應(yīng) 。將梁的局部損傷模擬為單元?jiǎng)偠鹊慕档?，通過(guò)引入損傷系數(shù)矩陣，利用結(jié)構(gòu)損傷前后的固有頻率變化和未損傷結(jié)構(gòu)的振型數(shù)直接計(jì)算剛度影響系數(shù)矩陣，進(jìn)行傷定位與損傷程度的定量判別。對(duì)木地板結(jié)構(gòu)的單位置和多位置局部損傷進(jìn)行識(shí)別，數(shù)值模擬表明，本研究方法能夠有效地識(shí)別出木地板的局部損傷。

在實(shí)測(cè)過(guò)程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，不同損傷狀態(tài)的木地板在整體上面會(huì)反映出不同的頻率振動(dòng)，然后利用干涉原理，你通過(guò)不同，位置進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，確定其具體損壞位置，損壞情況。

4 ?實(shí)際測(cè)試的使用效果

為那測(cè)試?yán)碚撌欠癯闪?，我們?duì)1棟古建筑的木地板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試。由于實(shí)際在測(cè)量過(guò)程當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)基本上來(lái)說(shuō)理論推導(dǎo)通過(guò)的結(jié)果和實(shí)際測(cè)量出來(lái)的結(jié)果比較相似，但會(huì)遇到噪聲對(duì)于損傷結(jié)果識(shí)別的影響，我們所處的環(huán)境并不非理論上物理存在的絕對(duì)靜止的環(huán)境，環(huán)境周圍可能會(huì)遇到各種各樣的噪聲和振動(dòng)，影響實(shí)際測(cè)試的結(jié)果，但是對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算的結(jié)果，只發(fā)現(xiàn)正常情況下，如果沒(méi)有特殊的外在噪聲的破壞，及測(cè)量出來(lái)的實(shí)際結(jié)果和理論推導(dǎo)的結(jié)果還是比較相似的，整體的誤差在可以接受的范圍之內(nèi)。

5 ?結(jié)語(yǔ)

通過(guò)理論推導(dǎo)和實(shí)際測(cè)量結(jié)果表明，基于結(jié)構(gòu)損傷后的固有頻率變化和未損傷頻率結(jié)構(gòu)陣型，數(shù)據(jù)的測(cè)量方法，對(duì)梁部結(jié)構(gòu)直接識(shí)別。或在理論上快速地找到具體的損傷位置及損傷情況，具有較高得識(shí)別精度，而從實(shí)際的測(cè)量結(jié)果來(lái)說(shuō)，與預(yù)測(cè)的數(shù)值偏差值在可接受范圍之內(nèi)，相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)量方法和取樣法，擁有較高的精度的同時(shí)，也不會(huì)破壞原有樣本的現(xiàn)狀，作為一種新型的檢測(cè)方法，可以推廣到相關(guān)建筑物的實(shí)際使用過(guò)程當(dāng)中，對(duì)于一些比較古老的建筑物，需要精度的確認(rèn)其狀況而用不能采取破壞性測(cè)量時(shí)有著較高的適用性。

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