基于纵向模态超声导波陷频特性的钢绞线拉力测量新方法.pdf

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1、第52卷第12期机械工程学报Vol.52No.122016年6月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJun.2016DOI：10.3901/JME.2016.12.009基于纵向模态超声导波陷频特性的钢绞线*拉力测量新方法111121吴斌张瑞芳刘秀成曹海洋韩强何存富(1.北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124；2.华南理工大学土木与交通学院广州510641)摘要：试验发现了钢绞线结构中L(0,1)模态导波存在陷频这一固有声学特性，由此提出一种钢绞线拉力检测新方法。为测试钢绞线中导波陷频特性与拉力的关系，

2、研制了一款柔性低频磁致伸缩传感器，可在30～160kHz范围内激励/接收L(0,1)模态导波。在直径17.8mm和15.2mm的两种7芯钢绞线上进行导波陷频检测试验，结果表明陷频特征频率与拉力的自然对数值呈良好线性关系，陷频旁侧峰值比随拉力增大而线性增加。试验中1kN的拉力增量(应力增量约3MPa)引起的声学参数(陷频特征频率和陷频旁侧峰值比)变化可被检测到并较好的符合标定关系方程。在额定工作载荷内，拉力估算相对误差小于1.5%，这表明新方法具有较高的拉力检测精度。同时，依据试验所得结论，给出了钢绞线结构中L(0,1)模态导波陷频中心频率与拉

3、力关系的修正公式。新方法实施过程简洁，具有很好的工程应用前景。关键词：纵向模态；超声导波；陷频特性；钢绞线；拉力测量中图分类号：TH823；O348InnovativeMethodforMeasuringTensileForceBasedontheNotchFrequencyPropertyofLongitudinalGuidedWaveinSteelStrand111121WUBinZHANGRuifangLIUXiuchengCAOHaiyangHANQiangHECunfu(1.CollegeofMechanicalEngineerin

4、gandAppliedElectronicsTechnology,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124;2.SchoolofCivilEngineeringandTransportation,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510641)Abstract：Aninnovativemethodispresentedfortensileforcemeasurementbasedonthenotchfrequencypropertywhichisa

5、inherentcharacteroflongitudinalguidedwaveinstrands.Totesttherelationbetweennotchfrequencyandtensionindifferentstrands,aflexiblelowfrequencytransducerisdesigned,whichcanexcite/receiveL(0,1)modeguidedwaveinafrequencyrangeof30kHzto160kHz.Notchfrequencypropertyistestedontwostra

6、ndswithdifferentdiametersof17.8mmand15.2mmrespectively,andthecharacteristicfrequencyisfoundtobelineartotheNapierianlogarithmoftensionandtheratiooftwosidepeakofthenotchfrequencyisimprovedlinearlybyincreasingthetension.Thechangeofacousticcharacteristicparameterincludingthecha

7、racteristicfrequencyandtheratiooftwosidepeakcausedby1kNtensionincrementcorrespondingto3MPastressincrementcanbedetected,andthechangeconformtothecalibrationrelationshipequations.Withintheratedworkingloadscope,therelativeerroroftensionestimationislessthan1.5%,sothatthepresente

8、dmethodcanbeappliedforhighlyprecisetensileforcemeasurement.Accordingtotheexperimen