一種基于響應(yīng)靈敏度的結(jié)構(gòu)健康檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于響應(yīng)靈敏度的結(jié)構(gòu)健康檢測方法。該方法包括：在結(jié)構(gòu)健康檢測系統(tǒng)中，通過試驗(yàn)測得實(shí)際結(jié)構(gòu)的頻響函數(shù)值，由結(jié)構(gòu)有限元分析獲得無損傷結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)值以及隨結(jié)構(gòu)剛度變化的響應(yīng)靈敏度；利用損傷前后結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的變化與響應(yīng)靈敏度之間的關(guān)系，確定損傷的出現(xiàn)、位置和程度。本發(fā)明方案利用結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)進(jìn)行損傷識別，與利用結(jié)構(gòu)其他動(dòng)態(tài)特性如固有頻率和振型的方法相比，具有信息量大，容易獲取等特點(diǎn)，該方法識別效果好，可以同時(shí)定位結(jié)構(gòu)的損傷和識別損傷的程度。
【專利說明】一種基于響應(yīng)靈敏度的結(jié)構(gòu)健康檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)健康檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于響應(yīng)靈敏度的結(jié)構(gòu)健康檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)正在向著大型化、復(fù)雜化方向發(fā)展，而這些大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)如高層建筑、大跨橋梁、大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、航天器等在服役環(huán)境中將受到各種不利因素的影響，其材料的微觀成分就會(huì)隨時(shí)間的推移而發(fā)生演變，其結(jié)果導(dǎo)致材料、強(qiáng)度、剛度等力學(xué)參數(shù)的降低，從而在結(jié)構(gòu)上積累起裂縫、腐蝕、變形等損傷，從而使結(jié)構(gòu)的安全受到威脅。為了保證結(jié)構(gòu)的安全，需要建立檢測結(jié)構(gòu)損傷的方法從而能夠快速探測損傷的出現(xiàn)和損傷的位置。結(jié)構(gòu)損傷位置和程度的準(zhǔn)確探測可以幫助人們對結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)修復(fù)或改變結(jié)構(gòu)的操作使用方法，以便降低結(jié)構(gòu)損傷積累的程度。因此，如何能夠事先有效地估計(jì)出這些隱藏在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的損傷的位置和損傷的程度已成為當(dāng)前一些實(shí)際工程領(lǐng)域極為重視的問題。隨著傳感技術(shù)、信號采集與處理和系統(tǒng)建模等技術(shù)的發(fā)展，基于結(jié)構(gòu)振動(dòng)信息的健康檢測已經(jīng)成為土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與損傷檢測領(lǐng)域的關(guān)注熱點(diǎn)。
[0003]一般的，認(rèn)為結(jié)構(gòu)的損傷將引起結(jié)構(gòu)參數(shù)(剛度、質(zhì)量和阻尼等)的變化，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)和模態(tài)參數(shù)(頻率和振型)變化。它首先探測出結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的變化，然后利用結(jié)構(gòu)固有的特性如:特征方程、振型的正交性等建立結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性變化與結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的關(guān)系，進(jìn)而通過分析測量的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)變化能確定結(jié)構(gòu)的損傷位置和損傷程度。但是，通過測量僅能得到結(jié)構(gòu)的低階模態(tài)，高階模態(tài)信息難以準(zhǔn)確獲得，測量誤差較大，影響結(jié)構(gòu)健康檢測效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于響應(yīng)靈敏度的結(jié)構(gòu)健康檢測方法，使得可以利用結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信息進(jìn)行損傷識別。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明提供一種基于響應(yīng)靈敏度的結(jié)構(gòu)健康檢測方法，包括:
[0007]在結(jié)構(gòu)健康檢測系統(tǒng)中，對初始的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，獲得結(jié)構(gòu)受不同頻率簡諧激勵(lì)時(shí)各個(gè)檢測節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)lu}，以及響應(yīng)靈敏度矩陣[S]。
[0008]對實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試，通過布置傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取結(jié)構(gòu)受不同頻率簡諧激勵(lì)時(shí)各個(gè)測試節(jié)點(diǎn)的響應(yīng){%}，結(jié)構(gòu)損傷前后響應(yīng)的變化量可由下式獲得，
[0009]{Au} = {ud}_{u}
[0010]系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)損傷前后的響應(yīng)變化量、響應(yīng)靈敏度和損傷參數(shù){α}之間存在如下關(guān)系:
[0011]{Au} = [S] {α }
[0012]對上式求廣義逆就可以得到結(jié)構(gòu)的損傷參數(shù)，從而獲得損傷發(fā)生的位置以及程度。
[0013]上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014]I)利用測量節(jié)點(diǎn)的簡諧響應(yīng)信息，不需要測試振型。
[0015]2)適用于單損傷，多種損傷工況。
[0016]3)通過損傷參數(shù)就可以同時(shí)定位損傷以及識別損傷程度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0018]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0020]本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于響應(yīng)靈敏度的結(jié)構(gòu)健康檢測方法，能夠利用測量得到的結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行損傷定位并識別損傷的程度。
`[0021]以下結(jié)合附圖對`本發(fā)明方案進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0022]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]在本發(fā)明系統(tǒng)中，根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際模型建立有限元分析模型，其控制方程為:
[0024]-ω2Μ + [Κ]] {u} = {f}
[0025]其中[Μ]和[K]分別為結(jié)果質(zhì)量陣和剛度陣；ω為激勵(lì)頻率；{f}為激勵(lì)幅值。求解以上方程就可以得到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。
[0026]優(yōu)選地，當(dāng)結(jié)構(gòu)中第i單元損傷時(shí)，損傷后的剛度矩陣Kd表示為:
[0027]Kd = K- a Jki
[0028]結(jié)構(gòu)的響應(yīng)對損傷參數(shù)的靈敏度可由下式獲得:
【權(quán)利要求】
1.一種基于響應(yīng)靈敏度的結(jié)構(gòu)健康檢測方法，其特征在于， 該方法包括一下步驟:1)在結(jié)構(gòu)健康檢測系統(tǒng)中，對初始的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析；2)對實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試，通過布置傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取結(jié)構(gòu)受不同頻率簡諧激勵(lì)時(shí)各個(gè)測試節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)；3)利用結(jié)構(gòu)損傷前后的響應(yīng)變化量識別損傷位置和損傷程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)健康檢測方法，其特征在于: 對初始的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，獲得結(jié)構(gòu)受不同頻率簡諧激勵(lì)時(shí)各個(gè)檢測節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)lu}，并計(jì)算響應(yīng)靈敏度矩陣[S]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)健康檢測方法，其特征在于: 系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)損傷前后的響應(yīng)變化量{ Au}、響應(yīng)靈敏度[S]和損傷參數(shù){ α }之間存在如下關(guān)系:
{ Διι} = [S] { α } 對上式求廣義逆就可以得到結(jié)構(gòu)的損傷參數(shù)，從而獲得損傷發(fā)生的位置以及程度。結(jié)構(gòu)損傷前后響應(yīng)的變化量{△!!}可由下式獲得，
{Au} = {ud}-{u} 其中l(wèi)ud}為實(shí)際結(jié)構(gòu)受不同頻 率簡諧激勵(lì)時(shí)各個(gè)測試節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)。
【文檔編號】G01M7/02GK103528775SQ201210234326
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月6日
【發(fā)明者】林哲祺, 羅笑南, 劉海亮, 楊艾琳, 陳湘萍, 蘇航, 鐘似玢 申請人:中山大學(xué)深圳研究院