精简应变监测载荷受损索广义位移识别方法_3

文档序号:9348253阅读:来源:国知局
在被监测量当前初始数值向量C:单位损伤被监测量数值变化矩阵AC、实测被 监测量当前数值向量C已知时,可以利用合适的算法(例如多目标优化算法)求解式(12), 获得被评估对象当前名义损伤向量d的可接受的解。
[0056]定义被评估对象当前实际损伤向量da(见式(14)),可由da确定被评估对象的健 康状态。
[0057] (P = ^ . dlj (14)
[0058] 式(14)中d\(k= 1,2, 3,…….,N)表示剔除了载荷变化对健康状态识别结果的 影响后的、第k个被评估对象的当前实际健康状态,如果该被评估对象是索系统中的一根 索(或拉杆),那么d\表示其当前实际损伤,其定义见式(15),(1\为0时表示无损伤,为 100%时表示该索彻底丧失承载能力,介于0与100%之间时表示丧失相应比例的承载能 力;如果该被评估对象是一个支座的一个广义位移分量,其定义见式(15),那么d\表示其 当前实际广义位移数值;如果该被评估对象是一个载荷,其定义见式(15),那么d\表示其 相对于建立初始力学计算基准模型Aci时结构所承受的对应载荷的变化量。向量da的元素 的编号规则与式(1)中向量Clci的元素的编号规则相同。
[0059]
[0060] 式(15)中Kk=1,2, 3,.......,N)是向量d。的第k个元素,dk是向量d的第k 个元素。
[0061] 至此本方法以一种有效的、廉价的方法实现了核心被评估对象的健康状态的准确 识别。对次要被评估对象的健康状态的识别结果可能偏离准确值较多,在本方法中仅要求 正确识别核心被评估对象的健康状态。
[0062] 本方法的第三部分:健康监测系统的软件和硬件部分。
[0063] 硬件部分包括监测系统(包括被监测量监测系统)、信号采集器和计算机等。要求 实时监测每一个被监测量。
[0064] 软件应当能够完成本方法中所需要的、可以用计算机实现的监测、记录、控制、存 储、计算、通知、报警等功能。
[0065] 本方法具体包括:
[0066]a.当索结构承受的载荷虽有变化,但索结构正在承受的载荷没有超出索结构初 始许用载荷时,本方法适用;索结构初始许用载荷指索结构在竣工时的许用载荷,能够通 过常规力学计算获得;本方法统一称被评估的支座广义位移分量、支承索和载荷为被评估 对象,设被评估的支座广义位移分量的数量、支承索的数量和载荷的数量之和为N,即被评 估对象的数量为N;确定被评估对象的编号规则,按此规则将索结构中所有的被评估对象 编号,该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵;本方法用变量k表示这一编号,k= 1,2, 3,…,N;本方法用名称"核心被评估对象"专指"被评估对象"中的被评估的支承索和 支座广义位移分量,设被评估的支承索和支座广义位移分量的数量之和为P,即核心被评估 对象的数量为P,本方法用名称"次要被评估对象"专指"被评估对象"中的被评估的载荷; 设索系统中共有M1根支承索;确定指定的被监测点,被监测点即表征索结构应变信息的所 有指定点,并给所有指定点编号;确定被监测点的被监测的应变方向,并给所有指定的被监 测应变编号,"被监测应变编号"在后续步骤中将用于生成向量和矩阵,"索结构的全部被监 测的应变数据"由上述所有被监测应变组成;本方法将"索结构的被监测的应变数据"简称 为"被监测量";所有被监测量的数量之和记为M,M应当大于核心被评估对象的数量,M小于 被评估对象的数量;物体、结构承受的外力可称为载荷,载荷包括面载荷和体积载荷;面载 荷又称表面载荷,是作用于物体表面的载荷,包括集中载荷和分布载荷两种;体积载荷是连 续分布于物体内部各点的载荷,包括物体的自重和惯性力在内;集中载荷分为集中力和集 中力偶两种,在包括笛卡尔直角坐标系在内的坐标系中,一个集中力可以分解成三个分量, 同样的,一个集中力偶也可以分解成三个分量,如果载荷实际上是集中载荷,在本方法中将 一个集中力分量或一个集中力偶分量计为或统计为一个载荷,此时载荷的变化具体化为一 个集中力分量或一个集中力偶分量的变化;分布载荷分为线分布载荷和面分布载荷,分布 载荷的描述至少包括分布载荷的作用区域和分布载荷的大小,分布载荷的大小用分布集度 来表达,分布集度用分布特征和幅值来表达;如果载荷实际上是分布载荷,本方法谈论载荷 的变化时,实际上是指分布载荷分布集度的幅值的改变,而所有分布载荷的作用区域和分 布集度的分布特征是不变的;在包括笛卡尔直角坐标系在内的坐标系中,一个分布载荷可 以分解成三个分量,如果这分布载荷的三个分量的各自的分布集度的幅值发生变化,且变 化的比率不全部相同,那么在本方法中把这分布载荷的三个分量计为或统计为三个分布载 荷,此时一个载荷就代表分布载荷的一个分量;体积载荷是连续分布于物体内部各点的载 荷,体积载荷的描述至少包括体积载荷的作用区域和体积载荷的大小,体积载荷的大小用 分布集度来表达,分布集度用分布特征和幅值来表达;如果载荷实际上是体积载荷,在本方 法中实际处理的是体积载荷分布集度的幅值的改变,而所有体积载荷的作用区域和分布集 度的分布特征是不变的,此时在本方法中提到载荷的改变时实际上是指体积载荷的分布集 度的幅值的改变,此时,发生变化的载荷是指那些分布集度的幅值发生变化的体积载荷;在 包括笛卡尔直角坐标系在内的坐标系中,一个体积载荷可以分解成三个分量,如果这体积 载荷的三个分量的各自的分布集度的幅值发生变化,且变化的比率不全部相同,那么在本 方法中把这体积载荷的三个分量计为或统计为三个分布载荷;
[0067]b.测量计算得到初始索结构的实测数据,初始索结构的实测数据是包括索结构 集中载荷测量数据、索结构分布载荷测量数据、索结构体积载荷测量数据、索结构支座初始 广义位移测量数据、所有被监测量的初始数值、所有支承索的初始索力数据、初始索结构模 态数据、初始索结构应变数据、初始索结构几何数据、初始索结构支座广义坐标数据、初始 索结构支座广义坐标数据、初始索结构角度数据和初始索结构空间坐标数据在内的实测数 据,在得到初始索结构的实测数据的同时,测量计算得到包括支承索的无损检测数据在内 的能够表达支承索的健康状态的数据,此时的能够表达支承索的健康状态的数据称为支承 索初始健康状态数据;所有被监测量的初始数值组成被监测量初始数值向量Cci,被监测量 初始数值向量C。的编号规则与M个被监测量的编号规则相同;利用索结构支座初始广义位 移测量数据、支承索初始健康状态数据和索结构载荷测量数据建立被评估对象初始损伤向 量d。,向量d。表示用初始力学计算基准模型A。表示的索结构的被评估对象的初始健康状 态;被评估对象初始损伤向量d。的元素个数等于N,d。的元素与被评估对象是一一对应关 系,向量d。的元素的编号规则与被评估对象的编号规则相同;如果d。的某一个元素对应的 被评估对象是索系统中的一根支承索,那么Clci的该元素的数值代表对应支承索的初始损伤 程度,若该元素的数值为〇,表示该元素所对应的支承索是完好的,没有损伤的,若其数值为 100 %,则表示该元素所对应的支承索已经完全丧失承载能力,若其数值介于0和100 %之 间,则表示该支承索丧失了相应比例的承载能力;如果Clci的某一个元素对应的被评估对象 是某一个支座的某一个广义位移分量,那么Clci的该元素的数值代表这个支座的该广义位移 分量的初始数值;如果d。的某一个元素对应的被评估对象是某一个载荷,本方法中取d。的 该元素数值为0,代表这个载荷的变化的初始数值为0 ;如果没有索结构支座初始广义位移 测量数据或者可以认为索结构支座初始广义位移为〇时,向量d。中与索结构支座广义位移 相关的各元素数值取0 ;如果没有支承索的无损检测数据及其他能够表达支承索的健康状 态的数据时,或者可以认为结构初始状态为无损伤无松弛状态时,向量d。中与支承索相关 的各元素数值取0 ;初始索结构支座广义坐标数据指索结构设计状态下的支座广义坐标数 据,索结构支座初始广义位移测量数据指在建立初始力学计算基准模型A。时,索结构支座 相对于索结构设计状态下的支座所发生的广义位移;在测量计算得到初始索结构的实测数 据的同时,实测或查资料得到索结构所使用的各种材料的物理和力学性能参数;
[0068] c.根据索结构的设计图、竣工图和初始索结构的实测数据、支承索初始健康状态 数据、索结构支座初始广义位移测量数据、索结构集中载荷测量数据、索结构分布载荷测量 数据、索结构体积载荷测量数据、索结构所使用的各种材料的物理和力学性能参数和前面 步骤得到的所有的索结构数据,建立索结构的初始力学计算基准模型Aci,基于Aci计算得到 的索结构计算数据必须非常接近其实测数据,其间的差异不得大于5%;对应于Aci的被评估 对象健康状态用被评估对象初始损伤向量Clci表示;对应于Aci的所有被监测量的初始数值用 被监测量初始数值向量Cci表示;T^和d^是A^的参数,由A^的力学计算结果得到的所有被 监测量的初始数值与C。表示的所有被监测量的初始数值相同,因此也可以说C。由A。的力 学计算结果组成;
[0069] d.从这里进入由第d步到第k步的循环;
[0070] e?在初始力学计算基准模型A。的基础上按照步骤el至e3进行若干次力学计算, 通过计算获得索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵AC和被评估对象单位变化向量Du;
[0071] el.在索结构的初始力学计算基准模型A。的基础上进行若干次力学计算,计算次 数数值上等于所有被评估对象的数量N,有N个评估对象就有N次计算;依据被评估对象的 编号规则,依次进行计算;每一次计算假设只有一个被评估对象在原有损伤或广义位移或 载荷的基础上再增加单位损伤或单位广义位移或载荷单位变化,具体的,如果该被评估对 象是索系统中的一根支承索,那么就假设该支承索在向量Clci表示的该支承索已有损伤的基 础上再增加单位损伤,如果该被评估对象是一个支座的一个方向的广义位移分量,就假设 该支座在该位移方向再增加单位广义位移,如果该被评估对象是一个载荷,就假设该载荷 在向量Clci表示的该载荷已有变化量的基础上再增加载荷单位变化,用Duk记录这一增加的 单位损伤或单位广义位移或载荷单位变化,其中k表示增加单位损伤或单位广义位移或载 荷单位变化的被评估对象的编号,Duk是被评估对象单位变化向量Du的一个元素,被评估对 象单位变化向量Du的元素的编号规则与向量d。的元素的编号规则相同;每一次计算中增加 单位损伤或单位广义位移或载荷单位变化的被评估对象不同于其它次计算中增加单位损 伤或单位广义位移或载荷单位变化的被评估对象,每一次计算都利用力学方法计算索结构 的所有被监测量的当前计算值,每一次计算得到的所有被监测量的当前计算值组成一个被 监测量计算当前向量,被监测量计算当前向量的元素编号规则与被监测量初始数值向量Cci 的元素编号规则相同;
[0072] e2.每一次计算得到的被监测量计算当前向量减去被监测量初始数值向量Cci得到 一个向量,再将该向量的每一个元素都除以该次计算所假设的单位损伤或单位广义位移或 载荷单位变化数值,得到一个被监测量单位变化向量,有N个被评估对象就有N个被监测量 单位变化向量;
[0073] e3.由这N个被监测量单位变化向量按照N个被评估对象的编号规则,依次组成 有N列的索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵AC;索结构单位损伤被监测量数值变化 矩阵AC的每一列对应于一个被监测量单位变化向量;索结构单位损伤被监测量数值变化 矩阵AC的每一行对应于同一个被监测量在不同被评估对象增加单位损伤或单位广义位 移或载荷单位变化时的不同的单位变化程度;索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵AC的列的
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