基于少量靜態(tài)測量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)損傷定位與程度識別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于少量靜態(tài)測量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)損傷定位與程度識別方法，包括以下步驟：1）根據(jù)指標(biāo)Di選取加載方案；2）計(jì)算各單元的殘余應(yīng)變能（RSE）值；3）比較各RSE的值，選擇RES值較大的單元為可疑單元；4）基于可疑單元的損傷參數(shù){α}，計(jì)算靈敏度矩陣[S]以及待修正模型和真實(shí)模型的響應(yīng)差值{δUm}；5）求解方程[S]{δα}={δUm}；6）更新可疑單元的損傷參數(shù)αit+1=αit+δαit；7）若未達(dá)到精度要求則回到4）循環(huán)迭代，否則輸出損傷參數(shù)作為識別結(jié)果。該方法定義了殘余應(yīng)變能的概念，能對損傷位置進(jìn)行預(yù)測，減少需要識別的參數(shù)數(shù)量。然后應(yīng)用靜態(tài)響應(yīng)靈敏度的方法進(jìn)行模型修正。所需數(shù)據(jù)量少，識別效率和精度較高。
【專利說明】基于少量靜態(tài)測量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)損傷定位與程度識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)健康檢測損傷識別【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種利用少量靜態(tài)測量數(shù)據(jù)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷檢測的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)隨處可見。從地上的建筑、橋梁、高鐵，到水上的鉆井平臺，乃至太空中的航天結(jié)構(gòu)等等，都屬于所需要考慮到的結(jié)構(gòu)范疇。然而這些結(jié)構(gòu)在其服役過程中，隨著時(shí)間的推移，不能避免地在某些構(gòu)件中發(fā)生局部損傷。如果對這些損傷置之不理，任其發(fā)展擴(kuò)大，最終將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的毀壞。結(jié)構(gòu)的毀壞不但會(huì)對國家?guī)斫?jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重的更會(huì)對人民造成生命威脅。因此，為了保證各種結(jié)構(gòu)在使用期間的安全性和可靠性，結(jié)構(gòu)損傷識別與健康監(jiān)測技術(shù)引起了廣泛的關(guān)注。通過對結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測和診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)局部損傷，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全評估，已成為必然要求。
[0003]結(jié)構(gòu)損傷檢測的方法多種多樣。從最原始的用肉眼觀察到現(xiàn)在用高科技儀器，如超聲波、紅外線等，這些技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于工程實(shí)際之中。在各種各樣的方法中，基于結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的損傷識別技術(shù)得到了最廣泛的研究?；诮Y(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的損傷識別技術(shù)的基本理論是:局部損傷必然引起結(jié)構(gòu)動(dòng)力特征變化。如果按照所用數(shù)據(jù)分類，目前這類方法還能可以細(xì)分為兩類:靜態(tài)識別技術(shù)和動(dòng)態(tài)識別技術(shù)。
[0004]對于動(dòng)態(tài)識別技術(shù)，就是應(yīng)用動(dòng)力系統(tǒng)中的各種參數(shù)來進(jìn)行損傷識別。目前主要技術(shù)方向有頻域和時(shí)域兩種。頻域方向的技術(shù)主要應(yīng)用到動(dòng)力系統(tǒng)中的頻率、振型、模態(tài)曲率或頻響函數(shù)等；時(shí)域方向的技術(shù)主要應(yīng)用到動(dòng)力系統(tǒng)的速度、加速度、位移響應(yīng)。動(dòng)態(tài)識別技術(shù)的優(yōu)勢在于能用于識別的參數(shù)非常多，方法比較豐富。而其劣勢在于測量數(shù)據(jù)受噪聲影響較大，所應(yīng)用數(shù)據(jù)量較大等。
[0005]對于靜態(tài)識別技術(shù)，就是應(yīng)用經(jīng)歷測量數(shù)據(jù)來進(jìn)行損傷識別。由于靜力平衡方程只涉及結(jié)構(gòu)剛度，因此識別目標(biāo)比較明確。而且靜力測量數(shù)據(jù)比較容易獲取，測量誤差很小。但是就目前的靜力識別技術(shù)，大多存在算法過程復(fù)雜、計(jì)算量大等問題。
[0006]文獻(xiàn)“基于靜力響應(yīng)的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別(國外建材科技，2006，27 (2),105?107)”介紹了一種應(yīng)用靜力測量數(shù)據(jù)的損傷識別方法。該方法通過一步求解損傷控制方程來得到識別結(jié)果，識別偏差較大。而且由于沒有進(jìn)行損傷位置預(yù)測，造成未知量較多，求解方程時(shí)計(jì)算量大的問題。而文獻(xiàn)“基于振動(dòng)響應(yīng)的耦合桿系統(tǒng)損傷識別(中山大學(xué)學(xué)報(bào)，2012,51 (5)，31?35)”提出了一種基于振動(dòng)響應(yīng)的模型修正方法。該方法通過循環(huán)迭代來對損傷參數(shù)進(jìn)行識別，能得到較好的識別結(jié)果。然而由于應(yīng)用到時(shí)域響應(yīng)數(shù)據(jù)，要求測量一定時(shí)間內(nèi)的振動(dòng)數(shù)據(jù)，所以所測量的數(shù)據(jù)量相對較多。同樣的，由于沒有對損傷位置先做預(yù)測，會(huì)造成識別效率較低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種使用少量靜態(tài)測量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)損傷識別方法，該方法檢測所需數(shù)據(jù)量少，效率高，且具有較高的精度。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0009]一種基于少量靜態(tài)測量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)損傷定位與程度識別方法，基于殘余應(yīng)變能的概念，通過有限元模型縮聚方法減少需測量數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行可疑單元的預(yù)測；然后應(yīng)用基于靜響應(yīng)靈敏度的模型修正方法，對可疑單元的損傷參數(shù)進(jìn)行識別，以精確檢測出損傷位置和損傷程度。
[0010]上述方法可以簡單概括為包括以下步驟:I)根據(jù)指SDi選取加載方案；2)計(jì)算各單元的殘余應(yīng)變能(RSE)值；3)比較各RSE的值，選擇RES值較大的單元定義為有可能出現(xiàn)損傷的可疑單元；4)基于可疑單元的損傷參數(shù){>}，計(jì)算靈敏度矩陣[S]以及待修正模型和真實(shí)模型的響應(yīng)差值PUJ ;5)求解方程[S]{S α} = {δυω} ;6)更新可疑單元的損傷參數(shù)α“+1=α“+δ α η ;7)若未達(dá)到精度要求則回到4)循環(huán)迭代，否則輸出損傷參數(shù)作為識別結(jié)果。該方法定義了殘余應(yīng)變能的概念，能對損傷位置進(jìn)行預(yù)測，減少需要識別的參數(shù)數(shù)量。然后應(yīng)用靜態(tài)響應(yīng)靈敏度的方法進(jìn)行模型修正。所需數(shù)據(jù)量少，識別效率和精度較高。
[0011]上述方法具體可以包括以下步驟:
[0012]I)用有限元方法將待檢測結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化建模，并把結(jié)構(gòu)劃分為nel個(gè)單元；
[0013]2)基于應(yīng)變能的概念，選擇靜載施加方案；所使用的應(yīng)變能準(zhǔn)則為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于少量靜態(tài)測量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)損傷定位與程度識別方法，其特征在于，基于殘余應(yīng)變能的概念，通過有限元模型縮聚方法減少需測量數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行可疑單元的預(yù)測；然后應(yīng)用基于靜響應(yīng)靈敏度的模型修正方法，對可疑單元的損傷參數(shù)進(jìn)行識別，以精確檢測出損傷位置和損傷程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于少量靜態(tài)測量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)損傷定位與程度識別方法，其特征在于，上述方法具體包括以下步驟: 1)用有限元方法將待檢測結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化建模，并把結(jié)構(gòu)劃分為nel個(gè)單元； 2)基于應(yīng)變能的概念，選擇靜載施加方案；所使用的應(yīng)變能準(zhǔn)則為:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于少量靜態(tài)測量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)損傷定位與程度識別方法，其特征在于，所述a =1表示沒有損傷，a =O表示徹底損壞,通過查看損傷參數(shù)的編號,對應(yīng)有限元模型單元編號，得到結(jié) 構(gòu)損傷的精確位置以及損傷程度。
【文檔編號】G01N3/08GK103884593SQ201410145979
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】呂中榮, 朱嘉健 申請人:中山大學(xué)