一种提高随机损伤定位向量法监测结果准确性的方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高随机损伤定位向量法监测结果准确性的方法，涉及到SDLV法定位效果的改进，属于结构健康监测【技术领域】。其特征是，在SDLV法的步骤中增加一个选择观测矩阵C的步骤从而可获得更准确的定位结果；具体如下：从SDLV法的核心入手分析不同测点数比例时C矩阵的选择与损伤定位结果之间的相关性；进而确定了适用于常规和稀疏测点布置方案下SDLV法的C矩阵选择依据，即测点数百分比；最后提出了两种确定测点数百分比阈值的方法。本发明提高了基于SDLV法的桁架结构损伤监测结果的准确性，有利于桁架结构的实时安全监测在工程中的应用。
【专利说明】一种提高随机损伤定位向量法监测结果准确性的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于结构健康监测【技术领域】，涉及到一种桁架结构实时安全监测的重要方法损伤定位向量(SDLV)法的进一步研究，具体地说是从SDLV法的核心入手进一步研究从而提出了一种可以提高SDLV法损伤定位结果准确性的方法。
【背景技术】[0002]结构健康监测技术是土木工程及机械和航空航天等领域的研究热点，而损伤识别是结构健康监测的核心技术；基于振动信息的结构损伤识别通过对振动响应信号进行分析去定位损伤，一些损伤识别方法可实现在线实时监测。桁架结构(网架结构)是广泛用在各类工业结构和工程结构中的常见结构类型，但许多桁架结构如钢桁桥结构常在极端环境中工作，损伤常常发生并且难以避免。很多损伤识别方法都以各种结构动力指纹为基础构建损伤指标，其中结构模态频率和振型最基本也最常用。
[0003]本发明的直接【背景技术】是随机损伤定位向量(Stochastic Damage LocatingVectors)法(简称SDLV法)，该方法由美国东北大学的Bernal提出并验证,较好地解决了Bernal之前提出的损伤定位向量(DLV)法在环境激励等未知输入下的应用问题，为工程应用提供了重要支持；Nagayama等、Gao等也对该法做了很多研究。SDLV法主要用于桁架结构、网架结构等的损伤定位，其损伤指标也是基于模态信息构建而来，该法的主要过程是:通过测得的振动响应求出结构/子结构的柔度矩阵，根据损伤前后柔度矩阵的变化求出损伤定位向量(一个荷载向量集合)并将其视为静力作用在无损结构的有限元模型上求出每个单元的应力，应力为零的单元即为损伤单元(理论上为零，实际应用中应力小于0.1的单元为损伤单元)。
[0004]基于SDLV法定位损伤有以下6个流程步骤:
[0005]步骤一、数据采集模块采集桁架结构节点测点的纵向和竖向振动响应(如加速度、速度、位移)，纵向为沿着桁架结构跨径的方向；
[0006]步骤二、数据分析模块中基于NExTQames等提出)-ERA (Juang和Pappa提出)或其他参数识别技术识别出前几阶振型供；
[0007]步骤三、数据分析模块中建立基于模态参数的两种C矩阵(Nagayama等提出)计算模块:
[0008]第一种C矩阵计算模块
[0009]
<^=[^1 Ψ2 '..Ψη 9l Ψ …K](1)
[0010]第二种C矩阵计算模块
[0011]
C = \ψι φ2...φ? O 0...0](2)
[0012]其中 < 是振型φλ的共轭复数；[0013]步骤四、当系统输入全部未知时，数据分析模块中构建如下Q矩阵
[0014]
【权利要求】
1.一种提高随机损伤定位向量法监测结果准确性的方法，由被测试桁架、加速度传感器和计算机组成；将双向加速度传感器安装在桁架结构的待监测子结构桁架节点上，计算机中的数据采集模块采集所有测点的加速度振动响应，计算机中的数据分析模块进行数据分析，最终由计算机的损伤监测结果显示模块给出桁架结构的损伤位置；具体随机损伤定位向量法包括如下步骤: 步骤一、数据采集模块采集桁架结构节点测点的纵向和竖向振动响应，其中纵向为沿着桁架结构跨径的方向； 步骤二、数据分析模块中基于NExT-ERA或其他参数识别技术识别出前几阶振型供； 步骤三、数据分析模块中建立基于模态参数的两种C矩阵计算模块:
2.根据权利要求1所述的一种提高随机损伤定位向量法监测结果准确性的方法，其特征在于，按如下方式确定测点数百分比阈值oa:首先定义一个衡量损伤定位结果准确性的标准；然后在有限元模型中针对已知的某个损伤工况进行数值模拟并观察规律；最终确定测点数百分比阈值oa，工程应用中根据该测点数百分比阈值oa确定待监测子结构应选取的C矩阵； 在数据分析模块中定义衡量损伤定位结果准确性的标准，包括如下内容:比较基于两个C矩阵的损伤定位结果时，符合下列条件的结果更准确:1)结果应成功检测到损伤单元；2)结果应有较少的误报单元；3)若前两个条件都已满足，令σ th_h()ld取值从0.1到I以0.1的间隔取值，然后定义两个数Pu和Pd，并且P=Pu+Pd =Pu是损伤定位结果中无损单元中应力小于每一个阈值σ __。1(1的总个数；当基于每个σ thMsh()ld进行判别时，d是损伤单元中应力比另一个结果大的单元的个数，Pd=IOd ;当P值较小时，认为该结果更准确； 在待测结构的有限元 模型中针对已知的损伤工况进行数值模拟:测点数逐渐增多，选择不同大小的子结构分别将不同的C矩阵模块代入SDLV法进行100次模拟计算，针对不同大小的子结构统计采用哪一个C矩阵模块时其损伤定位结果准确率更高；即确定使用第一个C矩阵可在多大的子结构中得到更准确的结果，使用第二个C矩阵可以在多大的子结构中得到更准确的结果，最终确定测点数百分比阈值oa。
3.根据权利要求1所述的一种提高随机损伤定位向量法监测结果准确性的方法，其特征在于，根据以下分析从损伤前后的柔度矩阵差AQ矩阵的维数确定阈值oa的值；当采用第一种C矩阵计算模块计算矩阵AQ时，对AQ进行奇异值分解后V矩阵的属性随着矩阵AQ的维数改变而改变； 1)当方阵AQ的维数小于某个维数阈值时，奇异值分解之后，V矩阵虚部的所有列都为0，所以V是一个正交矩阵；此时采用第二种C矩阵计算模块； 2)然而，随着矩阵ΛQ维数变大，V矩阵的最后几列元素的虚部不再为O ;并且虚部不为O的列数随着AQ维数的增大而增加；当这个维数增大到某个维数阈值时,V的实部不再是正交矩阵，此时采用第一种C矩阵计算模块； 由于矩阵AQ的维数与测点数相关，根据这里提到的AQ的维数阈值计算出测点百分比阈值oa。
4.根据权利要求1所述的一种提高随机损伤定位向量法监测结果准确性的方法，其特征在于，该方法用于桁架结构的常规测点布置方案或用于桁架结构的稀疏测点布置方案。
【文档编号】G01N29/04GK103884776SQ201410123708
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】安永辉, 欧进萍 申请人:大连理工大学