基於少量靜態測量數據的結構損傷定位與程度識別方法
2023-08-02 19:24:26 1
基於少量靜態測量數據的結構損傷定位與程度識別方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於少量靜態測量數據的結構損傷定位與程度識別方法，包括以下步驟：1）根據指標Di選取加載方案；2）計算各單元的殘餘應變能（RSE）值；3）比較各RSE的值，選擇RES值較大的單元為可疑單元；4）基於可疑單元的損傷參數{α}，計算靈敏度矩陣[S]以及待修正模型和真實模型的響應差值{δUm}；5）求解方程[S]{δα}={δUm}；6）更新可疑單元的損傷參數αit+1=αit+δαit；7）若未達到精度要求則回到4）循環迭代，否則輸出損傷參數作為識別結果。該方法定義了殘餘應變能的概念，能對損傷位置進行預測，減少需要識別的參數數量。然後應用靜態響應靈敏度的方法進行模型修正。所需數據量少，識別效率和精度較高。
【專利說明】基於少量靜態測量數據的結構損傷定位與程度識別方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及結構健康檢測損傷識別【技術領域】，更具體地，涉及一種利用少量靜態測量數據對結構進行損傷檢測的方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國科學技術的發展，各種大型複雜結構隨處可見。從地上的建築、橋梁、高鐵，到水上的鑽井平臺，乃至太空中的航天結構等等，都屬於所需要考慮到的結構範疇。然而這些結構在其服役過程中，隨著時間的推移，不能避免地在某些構件中發生局部損傷。如果對這些損傷置之不理，任其發展擴大，最終將導致結構的毀壞。結構的毀壞不但會對國家帶來經濟損失，嚴重的更會對人民造成生命威脅。因此，為了保證各種結構在使用期間的安全性和可靠性，結構損傷識別與健康監測技術引起了廣泛的關注。通過對結構進行監測和診斷，及時發現局部損傷，對結構進行安全評估，已成為必然要求。
[0003]結構損傷檢測的方法多種多樣。從最原始的用肉眼觀察到現在用高科技儀器，如超聲波、紅外線等，這些技術已廣泛地應用於工程實際之中。在各種各樣的方法中，基於結構振動特性的損傷識別技術得到了最廣泛的研究。基於結構振動特性的損傷識別技術的基本理論是:局部損傷必然引起結構動力特徵變化。如果按照所用數據分類，目前這類方法還能可以細分為兩類:靜態識別技術和動態識別技術。
[0004]對於動態識別技術，就是應用動力系統中的各種參數來進行損傷識別。目前主要技術方向有頻域和時域兩種。頻域方向的技術主要應用到動力系統中的頻率、振型、模態曲率或頻響函數等；時域方向的技術主要應用到動力系統的速度、加速度、位移響應。動態識別技術的優勢在於能用於識別的參數非常多，方法比較豐富。而其劣勢在於測量數據受噪聲影響較大，所應用數據量較大等。
[0005]對於靜態識別技術，就是應用經歷測量數據來進行損傷識別。由於靜力平衡方程只涉及結構剛度，因此識別目標比較明確。而且靜力測量數據比較容易獲取，測量誤差很小。但是就目前的靜力識別技術，大多存在算法過程複雜、計算量大等問題。
[0006]文獻「基於靜力響應的橋梁結構損傷識別(國外建材科技，2006，27 (2),105?107)」介紹了一種應用靜力測量數據的損傷識別方法。該方法通過一步求解損傷控制方程來得到識別結果，識別偏差較大。而且由於沒有進行損傷位置預測，造成未知量較多，求解方程時計算量大的問題。而文獻「基于振動響應的耦合杆系統損傷識別(中山大學學報，2012,51 (5)，31?35)」提出了一種基于振動響應的模型修正方法。該方法通過循環迭代來對損傷參數進行識別，能得到較好的識別結果。然而由於應用到時域響應數據，要求測量一定時間內的振動數據，所以所測量的數據量相對較多。同樣的，由於沒有對損傷位置先做預測，會造成識別效率較低的問題。
【發明內容】
[0007]為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種使用少量靜態測量數據的結構損傷識別方法，該方法檢測所需數據量少，效率高，且具有較高的精度。
[0008]為了實現上述目的，本發明的技術方案為:
[0009]一種基於少量靜態測量數據的結構損傷定位與程度識別方法，基於殘餘應變能的概念，通過有限元模型縮聚方法減少需測量數據，從而進行可疑單元的預測；然後應用基於靜響應靈敏度的模型修正方法，對可疑單元的損傷參數進行識別，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)根據指SDi選取加載方案；2)計算各單元的殘餘應變能(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損傷的可疑單元；4)基於可疑單元的損傷參數{>}，計算靈敏度矩陣[S]以及待修正模型和真實模型的響應差值PUJ ;5)求解方程[S]{S α} = {δυω} ;6)更新可疑單元的損傷參數α「+1=α「+δ α η ;7)若未達到精度要求則回到4)循環迭代，否則輸出損傷參數作為識別結果。該方法定義了殘餘應變能的概念，能對損傷位置進行預測，減少需要識別的參數數量。然後應用靜態響應靈敏度的方法進行模型修正。所需數據量少，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構進行簡化建模，並把結構劃分為nel個單元；
[0013]2)基於應變能的概念，選擇靜載施加方案；所使用的應變能準則為:
【權利要求】
1.一種基於少量靜態測量數據的結構損傷定位與程度識別方法，其特徵在於，基於殘餘應變能的概念，通過有限元模型縮聚方法減少需測量數據，從而進行可疑單元的預測；然後應用基於靜響應靈敏度的模型修正方法，對可疑單元的損傷參數進行識別，以精確檢測出損傷位置和損傷程度。
2.根據權利要求1所述的基於少量靜態測量數據的結構損傷定位與程度識別方法，其特徵在於，上述方法具體包括以下步驟: 1)用有限元方法將待檢測結構進行簡化建模，並把結構劃分為nel個單元； 2)基於應變能的概念，選擇靜載施加方案；所使用的應變能準則為:
3.根據權利要求2所述的基於少量靜態測量數據的結構損傷定位與程度識別方法，其特徵在於，所述a =1表示沒有損傷，a =O表示徹底損壞,通過查看損傷參數的編號,對應有限元模型單元編號，得到結 構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 優先權日:2014年4月11日
【發明者】呂中榮, 朱嘉健 申請人:中山大學