一种基于功率分布特性的结构装配质量的评价方法与流程

本发明涉及结构装配检测技术领域，具体涉及一种基于功率分布特性的结构装配质量的评价方法。

背景技术：

目前针对结构装配的施工质量问题的检测多依赖于耳听、目视等方法，或借助仪器设备在部分典型位置或重点关注位置布点进行振动噪声检测，由于布点的位置及测试结果受人为影响较大，使得数据的离散度较大，进而出现无法判断造成该结构装配振动噪声的原因；而在进行振动控制效果评估时，多根据典型位置的振动加速度幅频特性来进行评判，但该评判方法仅可识别出具有较大施工质量问题的情况，并且在相同位置处，不同结构的自身阻抗特性的不同也会显著影响局部加速度响应的测量结果，从而对施工质量产生误判。

此外，船舶类结构的振动多以能量的形式向其它结构及舷外进行传递和辐射，因此，为了更加准确全面的评价船舶类结构的振动控制效果，不仅需要考虑振动速度的影响，还要充分考虑振动力的传递特性，但是传统的方法仅考虑了振动速度的问题，忽略了振动力的传递，使得评判结果产生偏差，数据可信度降低。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于功率分布特性的结构装配质量的评价方法，提高施工质量问题的识别率，可有效评价结构装配的质量。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于功率分布特性的结构装配质量的评价方法，包括以下步骤：通过激励装置对被测结构装配对象目标区域内的多个目标点施加激励；

计算每个所述目标点在分析频带内的各频点处的单点振动功率，并联合各所述单点振动功率进行求解得到单点频带总振动功率；

将各所述单点频带总振动功率进行叠加后求平均数，得到目标区域在分析频带内的区域平均振动功率；

将所述区域平均振动功率与所述被测结构装配对象的标准区域平均振动功率进行对比，根据对比结果评判该被测结构装配对象的施工质量。

在上述技术方案的基础上，所述计算每个所述目标点在分析频带内的各频点处的单点振动功率，具体包括以下步骤：获取所述目标点在某一频点处的原点加速度导纳，测量该目标点处的振动加速度和加速度信号的自功率谱密度，并计算得到所述单点振动功率。

在上述技术方案的基础上，所述分析频带的范围由其各频点上所述原点加速度导纳的测试数据的相干性决定。

在上述技术方案的基础上，所述根据对比结果评判该被测结构装配对象的施工质量，具体评判方法为：若所述区域平均振动功率和所述标准区域平均振动功率之间的差异性大于1db，则认为该被测结构装配对象存在施工质量问题，需对其进行复验；否则，认为该被测结构装配对象无施工质量问题。

在上述技术方案的基础上，所述方法还包括以下步骤：对所述被测结构装配对象源特性的声学一致性进行判断，所述源特性的声学一致性判断的具体步骤为：选取所述被测结构装配对象上的监测点，并获取该监测点的振动加速度频谱图；将所述振动加速度频谱图与同型号的其他被测结构装配对象在相同监测点处的振动加速度频谱图进行对比，若两所述振动加速度频谱图在工作频率范围内的频带总级偏差小于1db且在分析频带内的轴频、叶频、谐频的峰值出现的频点均相同或相近且幅值相近，则说明该被测结构装配对象的源特性具有声学一致性；否则，说明该被测结构装配对象的源特性不具有声学一致性。

在上述技术方案的基础上，所述被测结构装配对象为桥梁装配结构时，所述源特性的声学一致性判断还包括以下步骤：采用附加振源的方式模拟所述桥梁装配结构工作状态时的振动特性。

在上述技术方案的基础上，所述目标点处的结构为硬质材料。

在上述技术方案的基础上，所述激励装置为力锤或激振器。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的一种基于功率分布特性的结构装配质量的评价方法，包括通过激励装置对被测结构装配对象目标区域内的多个目标点施加激励，该施加激励的方法不依赖于测试人员的经验，而是直接依据国标施加激励即可，解决了现有技术中因测试人员差异性而导致输入源特性改变进而产生分析结果差异的问题；计算每个目标点在分析频带内的单点振动功率和区域平均振动功率，其从能量的角度出发，充分考虑了振动速度以及振动力的整体分布特性和相位特性，可更加准确全面的评价结构装配(尤其是船舶类结构)的振动控制效果；将区域平均振动功率与标准区域平均振动功率进行对比，根据对比结果评判结构装配的施工质量，数据分析方法简单、评判方法直接，且降低了由测试人员选择测点布放位置对评判结果产生的不利影响，提高了施工质量问题的识别率，可有效评价结构装配的质量。

附图说明

图1为本发明实施例中基于功率分布特性的结构装配质量的评价方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中目标区域功率分布特性测点的布置示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种基于功率分布特性的结构装配质量的评价方法，该方法包括以下步骤：

s1：通过激励装置对被测结构装配对象目标区域内的多个目标点施加激励，转到s2。

s1中测试人员依据国标操控力锤或激振器等激振装置对被测结构装配对象目标区域内的多个目标点施加激励，其无需依赖测试人员的经验，即可快速准确地为目标点施加激励，解决了现有技术中因测试人员差异性而导致输入源特性改变进而产生分析结果差异的问题。另外，被测结构装配对象上用于测试的目标点处应为硬质材料，有利于传感器的布置和激振实验的进行。

s2：计算每个目标点在分析频带内的各频点处的单点振动功率，并联合各所述单点振动功率进行求解得到单点频带总振动功率，转到s3。

首先计算目标点在某一频点处的原点加速度导纳h(f)，其公式如下：

其中，h(f)为目标点处的原点加速度导纳，单位为m/(n·s²)；ah(f)为被测结构装配对象静止时的加速度信号有效值的频域表示，单位为m/s²；f(f)为力信号的频域表示，单位为n。

依据原点加速度导纳的测试结果，并参考gb/t11349.3-2006中的数据有效性的要求，分析各频点的原点加速度导纳之间的数据相干性，结合用户需求，确定被测结构装配对象的分析频带的范围。

然后测量该目标点处的振动加速度a(f)，并计算其在不同工况下的加速度信号的自功率谱密度gaa(f)，其公式如下：

其中，gaa(f)为不同工况下，目标点处加速度信号在某一频点f下的自功率谱密度，单位为：w/hz；a(f)为被测结构装配对象运转时的加速度信号有效值的频域表示，单位为m/s²；a(f)*为被测结构装配对象运转时的加速度信号有效值的共轭的频域表示，单位为m/s²；δf为频率分辨率，单位为hz。

根据以上所测得的数据计算得到目标点在分析频带内的某一频点处的单点振动功率pd，其公式如下：

其中，pd为单一目标点在某一频点f下的振动功率，单位为w；ω为角频率，单位为rad/s；im为复数的虚部。

最后将目标点在分析频带内的各频点处的单点振动功率pd进行求解得到单点频带总振动功率pd-rms，其公式如下：

其中，pd-rms为单一目标点的频带振动功率总值；m为分析频带内的频点总数。

s3：将各单点频带总振动功率进行叠加后求平均数，得到目标区域在分析频带内的区域平均振动功率，转到s4。

将各单点频带总振动功率pd-rms进行叠加后求平均数，得到目标区域在分析频带内的区域平均振动功率pq，其公式如下：

其中，pq为区域平均振动功率，单位为w；pd-rmsi为目标区域内第i个目标点处的单点频带总振动功率，据此可掌握目标区域的功率分布情况，并由此评判其施工质量是否存在问题，还可以进一步评判在此安装条件下，结构装配工艺对被测结构装配对象的声学特性是否产生较大的影响。

s4：将区域平均振动功率与被测结构装配对象的标准区域平均振动功率进行对比，根据对比结果评判该被测结构装配对象的施工质量。

将区域平均振动功率与被测结构装配对象的标准区域平均振动功率进行对比，根据对比结果评判该被测结构装配对象的施工质量，若区域平均振动功率和标准区域平均振动功率之间的差异性大于1db，则认为该被测结构装配对象存在施工质量问题，并判断该施工质量问题是否对系统声学质量产生显著影响，需对其进行复验；否则，认为该被测结构装配对象无施工质量问题。

优选的，该方法还包括以下步骤：对被测结构装配对象源特性的声学一致性进行判断，具体步骤为：

选取被测结构装配对象(若该被测结构装配对象为桥梁装配结构，则需采用附加振源的方式模拟桥梁装配结构工作状态时的振动特性)上的监测点，并获取该监测点的振动加速度频谱图。

将该振动加速度频谱图与同型号的其他被测结构装配对象在相同监测点处的振动加速度频谱图进行对比，若两振动加速度频谱图在工作频率范围内的频带总级偏差小于1db且在分析频带内的轴频、叶频、谐频的峰值出现的频点均相同或相近且幅值相近，则说明该被测结构装配对象的源特性具有声学一致性，其适合采用本方法进行施工质量的评判；否则，说明该被测结构装配对象的源特性不具有声学一致性，其不适合采用本方法进行施工质量的评判。

不过，如果同型被测结构装配对象的振动加速度出现偏差，但目标区域功率分布特性仍与标准分布特性具有较好的一致性，则仍可认为该被测结构装配对象具有较好的声学质量。

在进行结构装配质量评判时，现有技术未能从能量的角度对施工质量及能量的传递特性进行分析，使得评判结果不合理，无法准确反映区域能量分布特性。而本发明基于振动测试技术中的frf频响函数测试和振动加速度测试技术，针对某一特定的装配结构，对标准工艺及检测流程验收合格的产品进行目标点的原点加速度导纳测试，以及不同工况下目标区域内各目标点的加速度自功率谱密度测试，计算得到标准施工状态下目标区域的区域平均振动功率，以此作为该结构装配对象的标准样本；针对该结构装配的其它批次产品，在相同位置处布置测点，采用相同的测试及数据处理方法，测试出目标区域的功率分布特性，通过区域平均振动功率的对比，判断该其它批次产品是否存在施工质量问题(如焊接缺陷检查、螺栓连接质量、复合材料粘贴质量检查、结构连接强度检查及设备安装质量等)，并评判该工况状态对整体振动噪声的影响程度，其从能量的角度出发，有效克服了传统方法评价结构装配质量出现的评判结果不合理的问题。

下面为采用本方法对金属结构的小型电机进行质量评判的实验，共进行三次测试，其中两次测试为同一安装状态下的两次测试，记为标1、标2；第三次为调整隔振器的安装状态，记为改1，具体操作如下：

选定主要施工质量评价对象，明确重点关注的目标区域：以小型电机及其基座为系统性的结构装配对象，其目标区域应选取在系统之外，且应与系统保持适当距离，该区域应具有一定的特征，以便进行测点的定位，以及方便进行不同产品测试数据的对比，并评判该系统装配的施工质量和声学质量，因此，在目标区域内进行如图2所示的功率分布特性测点的布置。

依据gb/t11349.3-2006完成目标区域内的各测点的原点加速度导纳测试；依据原点加速度导纳的测试结果，确定该系统的分析频带范围为10hz-2000hz；计算各测点的单点频带总振动功率，明确目标区域的功率分布特性；再计算目标区域的区域平均振动功率，并将区域平均振动功率与标准施工状态下的区域平均振动功率进行对比，以此评判施工质量或声学质量是否存在问题。

测试结果参见表1。

由表1可以看出，采用本方法测得的两次标准状态下的功率分布特性变化较小，仅为2％以内，而传统的振动加速度的离散度则达到了16.06％，因此，本方法计算得到的结果更为稳定；尽管采用本方法获得的工艺状态改变前后各点的功率值相对变化量小于加速度的变化量，但通过改变量与标准偏差的比值可以看出，其相对变化量最小为6.4倍，最大为101.88倍，而传统加速度的改变量与标准偏差的比值通常在3倍左右，最小变化量仅为0.97倍，其评价效果远低于本方法。

此外，通过区域能量的综合分析可知，改变工艺参数后，区域的能量整体偏大，这与理论计算得到趋势相符；但传统的加速度却得到了相反的结论，由此说明，本方法不仅可以从能量的角度进行结构装配质量的评价，还可以更为合理的对系统的声学质量进行评价。

表1各测点在不同安装状态下的各参数的测试结果

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。