專利名稱：大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大型土木工程結(jié)構(gòu)物健康監(jiān)測系統(tǒng)的改進(jìn)，具體講是一種大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法。其主要針對海洋平臺等復(fù)雜的大型土木工程結(jié)構(gòu)物，在環(huán)境載荷激勵下，利用動力測試對結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測方法。本發(fā)明提出適用于海洋平臺等大型結(jié)構(gòu)實時監(jiān)測的損傷診斷方法，用于建立結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，提高結(jié)構(gòu)的疲勞壽命和極大環(huán)境載荷下的生存能力，以達(dá)到提高結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及使作業(yè)人員有安全感。
背景技術(shù)：
眾所周知，環(huán)境激勵力是不易測試得到的，因此基于環(huán)境載荷作用下的結(jié)構(gòu)損傷診斷技術(shù)對于海洋平臺實時的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是非常關(guān)鍵的。人工施加激勵力對于大型土木工程結(jié)構(gòu)需要大量的專用設(shè)備并且使得測試十分昂貴。此外，大型結(jié)構(gòu)物在其服役期間損傷不可避免。海洋平臺結(jié)構(gòu)長期服役在惡劣的海洋環(huán)境中，并受到如風(fēng)載荷、波浪載荷、冰載荷等各種載荷的交互作用，有時還要遭到地震、臺風(fēng)、海嘯、船碰等意外打擊。海洋平臺結(jié)構(gòu)本身還要遭受環(huán)境腐蝕，地基土沖刷等影響的作用，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴。一旦發(fā)生事故，不僅會對海洋環(huán)境造成很大的污染，還會帶來不可估量的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，造成不好的社會政治影響。通常大型結(jié)構(gòu)物的損傷在結(jié)構(gòu)服役期間是不可避免的。但是，為確保人員的生命安全、減少財產(chǎn)損失，唯一方法是早日診斷出結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)損傷，并能及時進(jìn)行修復(fù)工作。由于海洋平臺結(jié)構(gòu)的使用不能中斷以及昂貴的造價，在役結(jié)構(gòu)的安全評估應(yīng)該是無損或微損的方法，目測是通常所用的無損檢測方法，對于如構(gòu)件斷裂的損傷，目測能夠判定損傷。然而，對于材料老化造成的損傷、損傷在不可靠近的區(qū)域或者被油漆、銹以及海洋生物覆蓋著是很難利用目測檢測損傷的，所以利用目測進(jìn)行無損檢測是不可靠的。如果模態(tài)參數(shù)是通過環(huán)境載荷激勵條件下識別的，基于該技術(shù)的損傷診斷方法更容易被應(yīng)用，發(fā)展遠(yuǎn)程的、自動的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)將是可行的，但是這種條件下得到的結(jié)構(gòu)模態(tài)振型是無法質(zhì)量歸一化的，而對于海洋平臺這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，單一的損傷指標(biāo)損傷位置精確定位是無法實現(xiàn)。其它無損檢測技術(shù)，如X光檢測、超聲檢測、工業(yè)CT等方法也屬于結(jié)構(gòu)局部損傷檢測方法。這類技術(shù)僅僅用于損傷區(qū)域已知，即使環(huán)境載荷激勵下的模態(tài)參數(shù)能夠識別，可是識別出來的模態(tài)參數(shù)無法質(zhì)量歸一化，因此，大多目前發(fā)展研究的診傷算法是不適用的。此外，這些技術(shù)還要求特殊的測試設(shè)備和專業(yè)人員。因此，這些方法對于海洋平臺結(jié)構(gòu)的無損檢測是不方便的并且是昂貴的。

發(fā)明內(nèi)容
從基于結(jié)構(gòu)動力特性變化的結(jié)構(gòu)無損檢測方法的文獻(xiàn)綜述中，可以看到大多數(shù)方法存在一些實際應(yīng)用的局限，需要質(zhì)量歸一化的振型，以及完備的模態(tài)信息、高階的模態(tài)參數(shù)等等。本發(fā)明針對上述局限性，提出新的發(fā)明目的是應(yīng)用模態(tài)應(yīng)變能分解無損檢測方法。提出損傷定位指標(biāo)，不需要質(zhì)量歸一化的振型，利用結(jié)構(gòu)損傷前后的前三階模態(tài)振型即可。此外，本發(fā)明的模態(tài)應(yīng)變能分解法診傷指標(biāo)無需已知結(jié)構(gòu)本身的材料特性，只需結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接之間的拓?fù)湫畔ⅰ１景l(fā)明的方法要用于多種損傷工況下，并能夠精確定位出海洋平臺結(jié)構(gòu)的損傷位置，使得本發(fā)明的方法具有實際應(yīng)用價值。
本發(fā)明是基于一個典型的海洋平臺結(jié)構(gòu)或者其它三維框架結(jié)構(gòu)，其主要構(gòu)件是由樁構(gòu)件，水平撐構(gòu)件以及斜撐構(gòu)件組成的。當(dāng)考慮的模態(tài)僅僅是以水平或側(cè)向振動為主，而不是上下(垂直)振動，則樁構(gòu)件的模態(tài)應(yīng)變能將是以彎曲模態(tài)應(yīng)變能變化為主。在另外一方面，水平撐構(gòu)件的模態(tài)應(yīng)變能將是以拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化為主。當(dāng)一個海洋平臺結(jié)構(gòu)的構(gòu)件剛度損失時，相應(yīng)于結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣的該構(gòu)件矩陣元素值將會降低。與此相對應(yīng)，構(gòu)件自由度附近的模態(tài)振型將會有顯著的變化。因為這些節(jié)點是與損傷構(gòu)件和未損傷構(gòu)件相連接的，所以由此構(gòu)件損傷引起單元模態(tài)應(yīng)變能變化將不僅僅是損傷構(gòu)件本身，也將包括這些與損傷構(gòu)件相連的構(gòu)件。
本發(fā)明的任務(wù)是由以下技術(shù)方案完成的，研制了一種大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法，所述的檢測方法是基于大型結(jié)構(gòu)物在役結(jié)構(gòu)動力特性而實施的方法，其包括如下步驟(1)存儲步驟首先，將上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)未損傷狀態(tài)下的環(huán)境激勵下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù)存儲入專用存儲器中；其次，將上述結(jié)構(gòu)物的在役結(jié)構(gòu)動力損傷狀態(tài)下，即將結(jié)構(gòu)服役階段的環(huán)境激勵下傳感器實測的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù)存儲入專用存儲器中；(2)識別定位步驟利用自然激勵技術(shù)識別出上述結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)損傷前、后的模態(tài)參數(shù)，確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷出現(xiàn)的位置；即首先，將模態(tài)參數(shù)擴(kuò)階，其次，應(yīng)用有限元模型將傳感器實測的自由度凝聚；再次，進(jìn)行結(jié)構(gòu)環(huán)境激勵下的模態(tài)參數(shù)識別應(yīng)用模態(tài)應(yīng)變能分解法診斷上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷位置；(3)損傷程度評估步驟利用自然激勵技術(shù)識別出上述結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷前、后的模態(tài)參數(shù)，利用結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化指標(biāo)和/或結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能變化指標(biāo)，分析評估上述結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)損傷程度；(4)比較確定步驟根據(jù)上述(1)——(3)步驟，確定上述結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度的評估指標(biāo)數(shù)值在-1≤SDj≤0范圍內(nèi)，式中SDj表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度。
所述的(2)識別定位步驟中應(yīng)用模態(tài)應(yīng)變能分解法診斷結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷的位置，是利用結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化，即1)、使用結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能診傷指標(biāo)Zja=βja-βa‾σβa]]>①式中結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化為βja=Σi=1Nm(Φi*TKj0aΦi*+Φi*TK0aΦi*)ΦiTK0aΦi(ΦiTKj0aΦi+ΦiTK0aΦi)Φi*TK0aΦi*]]>②式中Φi，Φi*＝分別指結(jié)構(gòu)損傷前和損傷后的模態(tài)振型，其中上標(biāo)″T″指轉(zhuǎn)置，Kj0＝Kj/Ej和Kj＝j(luò)單元未損傷系統(tǒng)剛度矩陣，K0a是通過單元矩陣Kj0a組裝起來的系統(tǒng)矩陣；βja還表示Ej/Ej*之比，Ej，Ej*各表示結(jié)構(gòu)未損傷和損傷后的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈性模量，來估計上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷位置；和/或2)、使用結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能診傷指標(biāo)Zjt=βjt-βt‾σβt]]>③式中結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能變化為；βjt=Σi=1NM(Φi*TKj0tΦi*+Φi*TK0tΦi*)ΦiTK0tΦi(ΦiTKj0tΦi+ΦiTK0tΦi)Φi*TK0tΦi*]]>④式中Φi，Φi*＝分別指結(jié)構(gòu)損傷前和損傷后的模態(tài)振型，其中上標(biāo)″T″指轉(zhuǎn)置，Kj0＝Kj/Ej和Kj＝j(luò)單元未損傷系統(tǒng)剛度矩陣，K0t是通過單元矩陣Kj0t組裝起來的系統(tǒng)矩陣；βjt還表示Ej/Ej*之比，Ej，Ej各表示結(jié)構(gòu)未損傷和損傷后的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈性模量，來估計上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷位置。
所述的(3)損傷程度評估步驟中分析評估結(jié)構(gòu)損傷程度，是利用上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化指標(biāo)，即SDj=αja=Eja*-EjaEja=1βja-1]]>⑤式中SDj≥-1，來估計上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度；和/或利用上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能變化指標(biāo)，即S*Dj=αjt=Ejt*-EjtEjt=1βjt-1]]>⑥式中SDj≥-1，來估計上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度；確定上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度判斷指標(biāo)如果SDj＝0，則表示上述結(jié)構(gòu)物的j單元結(jié)構(gòu)構(gòu)件沒有損傷；如果SDj＝-1，則表示上述結(jié)構(gòu)物的j單元結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度完全喪失；即確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度評估指標(biāo)數(shù)值在-1≤SDj≤0范圍內(nèi)。
所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的環(huán)境激勵下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù)，其或是加速度，和/或是速度，和/或是位移，和/或是彈性模量。
所述的結(jié)構(gòu)服役階段的環(huán)境激勵下傳感器實測的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù)，其或是加速度，和/或是速度，和/或是位移，和/或是彈性模量。
本發(fā)明提出的模態(tài)應(yīng)變能分解法的優(yōu)點在于由于診傷的兩個指標(biāo)對于如果水平撐或斜撐構(gòu)件損傷了，撐構(gòu)件的拉壓模態(tài)應(yīng)變能診傷指標(biāo)將會變化最大，而與損傷單元相連的樁構(gòu)件的彎曲模態(tài)應(yīng)變能指標(biāo)值將會變化較大；如果是垂直的樁構(gòu)件損傷了，樁構(gòu)件的彎曲模態(tài)應(yīng)變能指標(biāo)值將會變化較大，而與樁構(gòu)件相連的撐構(gòu)件的拉壓模態(tài)應(yīng)變能指標(biāo)值將會變化較大。根據(jù)這個原理可以有效的監(jiān)測出結(jié)構(gòu)的損傷位置并且進(jìn)一步驗證診傷結(jié)果的正確性。
本發(fā)明的對大型結(jié)構(gòu)物環(huán)境激勵下動力診傷流程如下
1)、存儲步驟將結(jié)構(gòu)物未損傷狀態(tài)下環(huán)境激勵下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù)存儲入專用存儲器中；再在結(jié)構(gòu)物服役階段時，將結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)下環(huán)境激勵下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù)也存儲入該專用存儲器中；2)、參數(shù)擴(kuò)階步驟對結(jié)構(gòu)物環(huán)境激勵下的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行模態(tài)參數(shù)擴(kuò)階；3)、模態(tài)頻率和振型的識別步驟對結(jié)構(gòu)物環(huán)境激勵下的參數(shù)擴(kuò)階的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行模態(tài)頻率和振型的識別；4)、確定損傷是否出現(xiàn)步驟比較結(jié)構(gòu)物損傷前與損傷后的模態(tài)參數(shù)變化，確定結(jié)構(gòu)損傷是否出現(xiàn)，即或損傷，或未損傷；5)、計算診傷指標(biāo)步驟應(yīng)用結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能診傷指標(biāo)(AMSECR)；和/或結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能診傷指標(biāo)(TMSECR)，計算診傷指標(biāo)(AMSECR)和/或(TMSECR)的數(shù)值；診斷確定結(jié)構(gòu)損傷位置；6)、診斷確定損傷程度步驟根據(jù)計算診傷指標(biāo)(AMSECR)和/或(TMSECR)的數(shù)值，診斷確定結(jié)構(gòu)損傷程度；7)、確定結(jié)構(gòu)是否安全步驟根據(jù)SDj≥-1，確定結(jié)構(gòu)安全/或不安全；8)、進(jìn)一步詳細(xì)診傷步驟根據(jù)具體情況，進(jìn)一步對結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)診傷。
附圖及其具體實施方式
本發(fā)明的實施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明如下

圖1為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)有限元模型圖。
圖2為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的軸向診傷指標(biāo)曲線圖(工況A)。
圖3為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的橫向診傷指標(biāo)曲線圖(工況A)。
圖4為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的指標(biāo)Zja單元位置示意圖(工況A)。
圖5為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的指標(biāo)Zjt單元位置示意圖(工況A)。
圖6為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的軸向診傷指標(biāo)曲線圖(工況B)。
圖7為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的彎曲診傷指標(biāo)曲線圖(工況B)。
圖8為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的指標(biāo)Zja單元位置示意圖(工況B)。
圖9為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的指標(biāo)Zjt單元位置示意圖(工況B)。
圖10為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的軸向診傷指標(biāo)曲線圖(工況C)。
圖11為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的彎曲診傷指標(biāo)曲線圖(工況C)圖12為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的指標(biāo)Zja單元位置示意圖(工況C)。
圖13為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的指標(biāo)Zjt單元位置示意圖(工況C)。
圖14為本發(fā)明的診斷復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)損傷流程示意圖。
具體實施例如下，本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅局限于以下實施例中。
一、建立海洋平臺有限元數(shù)值模型本發(fā)明的實施例是模擬研究了海洋平臺結(jié)構(gòu)位于水深97.4m，結(jié)構(gòu)由垂直的樁、水平撐和斜撐構(gòu)件組成，共207個單元，見圖1所示。利用商業(yè)有限元軟件(Ansys Version7.0，ANSYS Inc.，275 Technology Drive，Canonsburg，PA 15317.)產(chǎn)生了模擬的動力響應(yīng)數(shù)據(jù)。本發(fā)明采用的加速度傳感器，其型號美國SILICON DESIGNS公司出產(chǎn)，Model2220-005。另外，采用了數(shù)據(jù)采集儀，其型號德國Imc集成測控有限公司出產(chǎn)，PL16-DCB8。此外平臺上的建筑物用質(zhì)量單元模擬，還使用了幾種特殊的結(jié)構(gòu)單元，包括模擬海洋環(huán)境載荷，如波浪，流，附加質(zhì)量等。
二、損傷診斷分析前面所介紹的有限元模型是作為一個基準(zhǔn)模型。為了便于診傷結(jié)果的說明，海洋平臺結(jié)構(gòu)的每一個單元用一個數(shù)標(biāo)示。本實施例模擬了三種典型的損傷工況，包括水平撐構(gòu)件損傷，斜撐構(gòu)件和樁構(gòu)件損傷。具體的損傷工況見表1所示。
表1 模擬損傷工況

1)損傷工況A——水平撐構(gòu)件損傷第一個損傷工況模擬的是單元14剛度損失5％；運用本文所提的模態(tài)應(yīng)變能分解法圖2中給出了軸向診傷指標(biāo)值Zja；圖3給出了橫向診傷指標(biāo)值Zjt。從圖2，圖3，圖4，圖5中易見，水平撐構(gòu)件14和斜撐構(gòu)件106(其位置示意圖見圖4)的診傷指標(biāo)Zja較大，因此這兩個構(gòu)件可能是損傷單元。與此相類似，樁構(gòu)件79，78和55(其位置示意圖見圖5)也是可能損傷的單元構(gòu)件。如果樁單元損傷了，那么該構(gòu)件附近的水平撐/斜撐構(gòu)件的Zja指標(biāo)值較大，顯而易見，圖2中并不是這樣的。在另外一方面，如果水平撐構(gòu)件14損傷了，其附近的撐構(gòu)件如79，78，55的橫向診傷指標(biāo)值Zjt較大。因此，可以得出結(jié)論水平撐單元14損傷了。
2)損傷工況B——斜撐構(gòu)件損傷第二個損傷工況模擬的是單元105剛度損失5％；軸向診傷指標(biāo)Zja，和橫向診傷指標(biāo)值Zjt，分別顯示在圖6和圖7。從圖6中，可以看出斜撐構(gòu)件105和106可能存在損傷，(其位置示意圖如圖8)。同理，由圖7中，易分析得出垂直樁單元56和80可能存在損傷(其位置示意圖如圖9)。如果損傷單元是樁單元56或80，其附近的斜撐和水平撐構(gòu)件的Zja的指標(biāo)值必然較大，但是從圖6中易見并不存在。斜撐單元105或106損傷了，其附近的樁單元56，80的，Zjt指標(biāo)值較大，因此這兩個構(gòu)件損傷的可能性較大。由于單元105的，Zjt指標(biāo)值較單元106的大，所以可以確信是單元105發(fā)生了損傷。
3)損傷工況C——垂直的樁構(gòu)件損傷第三種損傷工況模擬的是樁構(gòu)件單元78和單元79剛度損失10％；診傷指標(biāo)值Zjt和Zjt在圖10和圖11所示。由圖10可以看出斜撐構(gòu)件94和96(其位置示意圖見12)與其它一些構(gòu)件擁有較大的Zja；這也表明該指標(biāo)值對于識別損傷單元僅僅起一個輔助作用。從診傷指標(biāo)值Zjt，易見垂直的樁構(gòu)件單元78和79可能是損傷單元(其位置示意圖見圖13)。根據(jù)前面介紹的診傷基本原理，不難推斷出是單元78和79損傷了，并且這兩個單元附近的斜撐和水平撐構(gòu)件的Zja診傷指標(biāo)值較大。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都會理解，在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，對于上述實施例進(jìn)行修改，添加和替換都是可能的，其都沒有超出本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法，其特征在于所述的檢測方法是基于大型結(jié)構(gòu)物在役結(jié)構(gòu)動力特性而實施的方法，其包括如下步驟(1)存儲步驟首先，將上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)未損傷狀態(tài)下，即將結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的環(huán)境激勵下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù)存儲入專用存儲器中；其次，將上述結(jié)構(gòu)物的在役結(jié)構(gòu)動力損傷狀態(tài)下，即將結(jié)構(gòu)服役階段的環(huán)境激勵下傳感器實測的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù)存儲入專用存儲器中；(2)識別定位步驟利用自然激勵技術(shù)識別出上述結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)損傷前、后的模態(tài)參數(shù)，確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷出現(xiàn)的位置；即首先，將模態(tài)參數(shù)擴(kuò)階，其次，應(yīng)用有限元模型將傳感器實測的自由度凝聚；再次，進(jìn)行結(jié)構(gòu)環(huán)境激勵下的模態(tài)參數(shù)識別應(yīng)用模態(tài)應(yīng)變能分解法診斷上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷位置；(3)損傷程度評估步驟利用自然激勵技術(shù)識別出上述結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷前、后的模態(tài)參數(shù)，利用結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化指標(biāo)和/或結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能變化指標(biāo)，分析評估上述結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)損傷程度；(4)比較確定步驟根據(jù)上述(1)——(3)步驟，確定上述結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度的評估指標(biāo)數(shù)值在-1≤SDj≤0范圍內(nèi)，式中SDj表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法，其特征在于所述的(2)識別定位步驟中應(yīng)用模態(tài)應(yīng)變能分解法診斷結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷的位置，是利用結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化，即1)、使用結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能診傷指標(biāo)Zja=βja-βa‾σβa]]>①式中結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化為βja=Σi=1Nm(Φi*TKj0aΦi*+Φi*TK0aΦi*)ΦiTK0aΦi(ΦiTKj0aΦi+ΦiTK0aΦi)Φi*TK0aΦi*]]>②式中Φi，Φi*＝分別指結(jié)構(gòu)損傷前和損傷后的模態(tài)振型，其中上標(biāo)″T″指轉(zhuǎn)置，Kj0＝Kj/Ej和Kj＝j(luò)單元未損傷系統(tǒng)剛度矩陣，K0a是通過單元矩陣Kj0a組裝起來的系統(tǒng)矩陣；βja還表示Ej/Ej*之比，Ej，Ej*各表示結(jié)構(gòu)未損傷和損傷后的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈性模量，來估計上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷位置；和/或2)、使用結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能診傷指標(biāo)Zjt=βjt-βt‾σβt]]>③式中結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能變化為；βjt=Σi=1NM(Φi*TKj0tΦi*+Φi*TK0tΦi*)ΦiTK0tΦi(ΦiTKj0tΦi+ΦiTK0tΦi)Φi*TK0tΦi*]]>④式中Φi，Φi*＝分別指結(jié)構(gòu)損傷前和損傷后的模態(tài)振型，其中上標(biāo)″T″指轉(zhuǎn)置，Kj0＝Kj/Ej和Kj＝j(luò)單元未損傷系統(tǒng)剛度矩陣，K0t是通過單元矩陣Kj0t組裝起來的系統(tǒng)矩陣；βjt還表示Ej/Ej*之比，Ej，Ej各表示結(jié)構(gòu)未損傷和損傷后的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈性模量，來估計上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法，其特征在于所述的(3)損傷程度評估步驟中分析評估結(jié)構(gòu)損傷程度，是利用上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化指標(biāo)，即SDj=αja=Eja*-EjaEja=1βja-1]]>⑤式中SDj≥-1，來估計上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度；和/或利用上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能變化指標(biāo)，即SDj=αjt=Ejt*-EjtEjt=1βjt-1]]>⑥式中SDj≥-1，來估計上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度；確定上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度判斷指標(biāo)如果SDj＝0，則表示上述結(jié)構(gòu)物的j單元結(jié)構(gòu)構(gòu)件沒有損傷；如果SDj＝-1，則表示上述結(jié)構(gòu)物的j單元結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度完全喪失；即確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度評估指標(biāo)數(shù)值在-1≤SDj≤0范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法，其特征在于所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的環(huán)境激勵下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù)，其或是加速度，和/或是速度，和/或是位移，和/或是彈性模量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法，其特征在于所述的結(jié)構(gòu)服役階段的環(huán)境激勵下傳感器實測的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù)，其或是加速度，和/或是速度，和/或是位移，和/或是彈性模量。
全文摘要
本發(fā)明是大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法，其步驟有存儲步驟；識別定位步驟；損傷程度評估步驟；比較確定步驟。根據(jù)這個方法可有效地監(jiān)測出結(jié)構(gòu)物損傷位置并驗證診傷結(jié)果的正確性。應(yīng)用本檢測方法中的結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能診傷指標(biāo)(AMSECR)；和/或結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能診傷指標(biāo)(TMSECR)，計算診傷指標(biāo)的數(shù)值；從而診斷確定結(jié)構(gòu)損傷位置。在診斷確定損傷程度的過程中，根據(jù)計算的診傷指標(biāo)數(shù)值，依據(jù)SD
文檔編號G06F17/00GK1740770SQ20051004457
公開日2006年3月1日 申請日期2005年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月18日
發(fā)明者李華軍, 楊和振, 王樹青, 楊永春, 石湘 申請人:中國海洋大學(xué)