一種提高隨機(jī)損傷定位向量法監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種提高隨機(jī)損傷定位向量法監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的方法，涉及到SDLV法定位效果的改進(jìn)，屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征是，在SDLV法的步驟中增加一個(gè)選擇觀測(cè)矩陣C的步驟從而可獲得更準(zhǔn)確的定位結(jié)果；具體如下：從SDLV法的核心入手分析不同測(cè)點(diǎn)數(shù)比例時(shí)C矩陣的選擇與損傷定位結(jié)果之間的相關(guān)性；進(jìn)而確定了適用于常規(guī)和稀疏測(cè)點(diǎn)布置方案下SDLV法的C矩陣選擇依據(jù)，即測(cè)點(diǎn)數(shù)百分比；最后提出了兩種確定測(cè)點(diǎn)數(shù)百分比閾值的方法。本發(fā)明提高了基于SDLV法的桁架結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，有利于桁架結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)在工程中的應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種提高隨機(jī)損傷定位向量法監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及到一種桁架結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)的重要方法損傷定位向量(SDLV)法的進(jìn)一步研究，具體地說(shuō)是從SDLV法的核心入手進(jìn)一步研究從而提出了一種可以提高SDLV法損傷定位結(jié)果準(zhǔn)確性的方法。
【背景技術(shù)】[0002]結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)是土木工程及機(jī)械和航空航天等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，而損傷識(shí)別是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的核心技術(shù)；基于振動(dòng)信息的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別通過(guò)對(duì)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行分析去定位損傷，一些損傷識(shí)別方法可實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。桁架結(jié)構(gòu)(網(wǎng)架結(jié)構(gòu))是廣泛用在各類(lèi)工業(yè)結(jié)構(gòu)和工程結(jié)構(gòu)中的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)類(lèi)型，但許多桁架結(jié)構(gòu)如鋼桁橋結(jié)構(gòu)常在極端環(huán)境中工作，損傷常常發(fā)生并且難以避免。很多損傷識(shí)別方法都以各種結(jié)構(gòu)動(dòng)力指紋為基礎(chǔ)構(gòu)建損傷指標(biāo)，其中結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率和振型最基本也最常用。
[0003]本發(fā)明的直接【背景技術(shù)】是隨機(jī)損傷定位向量(Stochastic Damage LocatingVectors)法(簡(jiǎn)稱(chēng)SDLV法)，該方法由美國(guó)東北大學(xué)的Bernal提出并驗(yàn)證,較好地解決了Bernal之前提出的損傷定位向量(DLV)法在環(huán)境激勵(lì)等未知輸入下的應(yīng)用問(wèn)題，為工程應(yīng)用提供了重要支持；Nagayama等、Gao等也對(duì)該法做了很多研究。SDLV法主要用于桁架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等的損傷定位，其損傷指標(biāo)也是基于模態(tài)信息構(gòu)建而來(lái)，該法的主要過(guò)程是:通過(guò)測(cè)得的振動(dòng)響應(yīng)求出結(jié)構(gòu)/子結(jié)構(gòu)的柔度矩陣，根據(jù)損傷前后柔度矩陣的變化求出損傷定位向量(一個(gè)荷載向量集合)并將其視為靜力作用在無(wú)損結(jié)構(gòu)的有限元模型上求出每個(gè)單元的應(yīng)力，應(yīng)力為零的單元即為損傷單元(理論上為零，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)力小于0.1的單元為損傷單元)。
[0004]基于SDLV法定位損傷有以下6個(gè)流程步驟:
[0005]步驟一、數(shù)據(jù)采集模塊采集桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)的縱向和豎向振動(dòng)響應(yīng)(如加速度、速度、位移)，縱向?yàn)檠刂旒芙Y(jié)構(gòu)跨徑的方向；
[0006]步驟二、數(shù)據(jù)分析模塊中基于NExTQames等提出)-ERA (Juang和Pappa提出)或其他參數(shù)識(shí)別技術(shù)識(shí)別出前幾階振型供；
[0007]步驟三、數(shù)據(jù)分析模塊中建立基于模態(tài)參數(shù)的兩種C矩陣(Nagayama等提出)計(jì)算模塊:
[0008]第一種C矩陣計(jì)算模塊
[0009]
<^=[^1 Ψ2 '..Ψη 9l Ψ …K](1)
[0010]第二種C矩陣計(jì)算模塊
[0011]
C = \ψι φ2...φ? O 0...0](2)
[0012]其中 < 是振型φλ的共軛復(fù)數(shù)；[0013]步驟四、當(dāng)系統(tǒng)輸入全部未知時(shí)，數(shù)據(jù)分析模塊中構(gòu)建如下Q矩陣
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種提高隨機(jī)損傷定位向量法監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的方法，由被測(cè)試桁架、加速度傳感器和計(jì)算機(jī)組成；將雙向加速度傳感器安裝在桁架結(jié)構(gòu)的待監(jiān)測(cè)子結(jié)構(gòu)桁架節(jié)點(diǎn)上，計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)采集模塊采集所有測(cè)點(diǎn)的加速度振動(dòng)響應(yīng)，計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最終由計(jì)算機(jī)的損傷監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示模塊給出桁架結(jié)構(gòu)的損傷位置；具體隨機(jī)損傷定位向量法包括如下步驟: 步驟一、數(shù)據(jù)采集模塊采集桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)的縱向和豎向振動(dòng)響應(yīng)，其中縱向?yàn)檠刂旒芙Y(jié)構(gòu)跨徑的方向； 步驟二、數(shù)據(jù)分析模塊中基于NExT-ERA或其他參數(shù)識(shí)別技術(shù)識(shí)別出前幾階振型供； 步驟三、數(shù)據(jù)分析模塊中建立基于模態(tài)參數(shù)的兩種C矩陣計(jì)算模塊:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高隨機(jī)損傷定位向量法監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的方法，其特征在于，按如下方式確定測(cè)點(diǎn)數(shù)百分比閾值oa:首先定義一個(gè)衡量損傷定位結(jié)果準(zhǔn)確性的標(biāo)準(zhǔn)；然后在有限元模型中針對(duì)已知的某個(gè)損傷工況進(jìn)行數(shù)值模擬并觀察規(guī)律；最終確定測(cè)點(diǎn)數(shù)百分比閾值oa，工程應(yīng)用中根據(jù)該測(cè)點(diǎn)數(shù)百分比閾值oa確定待監(jiān)測(cè)子結(jié)構(gòu)應(yīng)選取的C矩陣； 在數(shù)據(jù)分析模塊中定義衡量損傷定位結(jié)果準(zhǔn)確性的標(biāo)準(zhǔn)，包括如下內(nèi)容:比較基于兩個(gè)C矩陣的損傷定位結(jié)果時(shí)，符合下列條件的結(jié)果更準(zhǔn)確:1)結(jié)果應(yīng)成功檢測(cè)到損傷單元；2)結(jié)果應(yīng)有較少的誤報(bào)單元；3)若前兩個(gè)條件都已滿(mǎn)足，令σ th_h()ld取值從0.1到I以0.1的間隔取值，然后定義兩個(gè)數(shù)Pu和Pd，并且P=Pu+Pd =Pu是損傷定位結(jié)果中無(wú)損單元中應(yīng)力小于每一個(gè)閾值σ __。1(1的總個(gè)數(shù)；當(dāng)基于每個(gè)σ thMsh()ld進(jìn)行判別時(shí)，d是損傷單元中應(yīng)力比另一個(gè)結(jié)果大的單元的個(gè)數(shù)，Pd=IOd ;當(dāng)P值較小時(shí)，認(rèn)為該結(jié)果更準(zhǔn)確； 在待測(cè)結(jié)構(gòu)的有限元 模型中針對(duì)已知的損傷工況進(jìn)行數(shù)值模擬:測(cè)點(diǎn)數(shù)逐漸增多，選擇不同大小的子結(jié)構(gòu)分別將不同的C矩陣模塊代入SDLV法進(jìn)行100次模擬計(jì)算，針對(duì)不同大小的子結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)采用哪一個(gè)C矩陣模塊時(shí)其損傷定位結(jié)果準(zhǔn)確率更高；即確定使用第一個(gè)C矩陣可在多大的子結(jié)構(gòu)中得到更準(zhǔn)確的結(jié)果，使用第二個(gè)C矩陣可以在多大的子結(jié)構(gòu)中得到更準(zhǔn)確的結(jié)果，最終確定測(cè)點(diǎn)數(shù)百分比閾值oa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高隨機(jī)損傷定位向量法監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的方法，其特征在于，根據(jù)以下分析從損傷前后的柔度矩陣差A(yù)Q矩陣的維數(shù)確定閾值oa的值；當(dāng)采用第一種C矩陣計(jì)算模塊計(jì)算矩陣AQ時(shí)，對(duì)AQ進(jìn)行奇異值分解后V矩陣的屬性隨著矩陣AQ的維數(shù)改變而改變； 1)當(dāng)方陣AQ的維數(shù)小于某個(gè)維數(shù)閾值時(shí)，奇異值分解之后，V矩陣虛部的所有列都為0，所以V是一個(gè)正交矩陣；此時(shí)采用第二種C矩陣計(jì)算模塊； 2)然而，隨著矩陣ΛQ維數(shù)變大，V矩陣的最后幾列元素的虛部不再為O ;并且虛部不為O的列數(shù)隨著AQ維數(shù)的增大而增加；當(dāng)這個(gè)維數(shù)增大到某個(gè)維數(shù)閾值時(shí),V的實(shí)部不再是正交矩陣，此時(shí)采用第一種C矩陣計(jì)算模塊； 由于矩陣AQ的維數(shù)與測(cè)點(diǎn)數(shù)相關(guān)，根據(jù)這里提到的AQ的維數(shù)閾值計(jì)算出測(cè)點(diǎn)百分比閾值oa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高隨機(jī)損傷定位向量法監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的方法，其特征在于，該方法用于桁架結(jié)構(gòu)的常規(guī)測(cè)點(diǎn)布置方案或用于桁架結(jié)構(gòu)的稀疏測(cè)點(diǎn)布置方案。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK103884776SQ201410123708
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】安永輝, 歐進(jìn)萍 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)