精简应变监测载荷受损索广义位移识别方法_5

文档序号:9348253阅读:来源:国知局
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d。表示的该支承索已有损伤的基础上再增加单位损伤(例如取5%、10%、20 %或 30%等损伤为单位损伤),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在向量d。表示的该支座已有广义位移的基础上再发生单位广义 位移(例如如果该被评估对象是一个支座的X方向的线位移分量,就假设该支座在X方向 有单位线位移,例如取1mm,如果该被评估对象是一个支座的绕X轴的角位移分量,就假设 该支座绕X轴有单位角位移,例如取十万分之一弧度),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(如果该载 荷是分布载荷,且该分布载荷是线分布载荷,载荷单位变化可以取lkN/m、2kN/m、3kN/m或 lkNm/m、2kNm/m、3kNm/m等为单位变化;如果该载荷是分布载荷,且该分布载荷是是面分布 载荷,载荷单位变化可以取IMPa、2MPa、3MPa或lkNm/m2、2kNm/m2、3kNm/m2等为单位变化;如 果该载荷是集中载荷,且该集中载荷是力偶,载荷单位变化可以取lkNm、2kNm、3kNm等为单 位变化;如果该载荷是集中载荷,且该集中载荷是集中力,载荷单位变化可以取lkN、2kN、 3kN等为单位变化;如果该载荷是体积载荷,载荷单位变化可以取lkN/m3、2kN/m3、3kN/m3等 为单位变化),用Duk记录这一单位损伤或载荷单位变化,其中k表示发生单位损伤或单位 广义位移或发生载荷单位变化的被评估对象的编号;每一次计算中出现单位损伤或单位广 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出现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C,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C。的元素编号规则 相同;每一次计算得到的被监测量计算当前向量C减去被监测量初始数值向量C。后再除以 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;由这N个被监测量单位变化 向量依次组成有N列的单位损伤被监测量数值变化矩阵AC;单位损伤被监测量数值变化 矩阵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发生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幅度;索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵AC的列的 编号规则与向量Clci的元素的编号规则相同,索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵AC的 行的编号规则与M个被监测量的编号规则相同。
[0098] 第五步:建立线性关系误差向量e和向量g。利用前面的数据(被监测量初始数值 向量(;、单位损伤被监测量数值变化矩阵AC),在第四步进行每一次计算的同时,即在每一 次计算假设被评估对象中只有一个被评估对象的增加单位损伤或单位广义位移载荷单位 变化Duk,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(例如采用有限元法)计算索结构中所有被监测量的当前数值,每一次计算 组成一个被监测量计算当前向量C的同时,每一次计算组成一个损伤向量d,本步出现的损 伤向量d只在本步使用,损伤向量d的所有元素中只有一个元素的数值取Duk,其它元素的数 值取〇,损伤向量d的元素的编号规则与向量d。的元素的编号规则相同;将C、CVAC、Du、 d带入式(12),得到一个线性关系误差向量e,每一次计算得到一个线性关系误差向量e;有 N个被评估对象就有N次计算,就有N个线性关系误差向量e,将这N个线性关系误差向量e 相加后得到一个向量,将此向量的每一个元素除以N后得到的新向量就是最终的线性关系 误差向量e。向量g等于最终的误差向量e。
[0099] 第六步:安装索结构健康监测系统的硬件部分。硬件部分至少包括:被监测量监 测系统(例如含应变测量系统、信号调理器等)、信号(数据)采集器、计算机和通信报警设 备。每一个被监测量都必须被监测系统监测到,监测系统将监测到的信号传输到信号(数 据)采集器;信号经信号采集器传递到计算机;计算机则负责运行索结构的被评估对象的 健康监测软件,包括记录信号采集器传递来的信号;当监测到被评估对象健康状态有变化 时,计算机控制通信报警设备向监控人员、业主和(或)指定的人员报警。
[0100] 第七步:将被监测量初始数值向量(;、单位损伤被监测量数值变化矩阵AC、被评 估对象单位变化向量Du参数以数据文件的方式保存在运行健康监测系统软件的计算机硬 盘上。
[0101] 第八步:编制并在计算机上安装运行本方法系统软件,该软件将完成本方法任务 所需要的监测、记录、控制、存储、计算、通知、报警等功能(即本具体实施方法中所有可以 用计算机完成的工作)
[0102] 第九步:依据被监测量当前数值向量C同被监测量初始数值向量(;、单位损伤被 监测量数值变化矩阵AC、被评估对象单位变化向量Du和被评估对象当前名义损伤向量 d(由所有索当前名义损伤量组成)间存在的近似线性关系(式(8)),按照多目标优化算法 计算被评估对象当前名义损伤向量d的非劣解,也就是带有合理误差、但可以比较准确地 反映被评估对象的健康状态的变化的解。
[0103] 可以采用的多目标优化算法有很多种,例如:基于遗传算法的多目标优化、基于人 工神经网络的多目标优化、基于粒子群的多目标优化算法、基于蚁群算法的多目标优化、约 束法(ConstrainMethod)、加权法(WeightedSumMethod)、目标规划法(GoalAttainment Method)等等。由于各种多目标优化算法都是常规算法,可以方便地实现,本实施步骤仅以 目标规划法为例给出求解当前损伤向量d的过程,其它算法的具体实现过程可根据其具体 算法的要求以类似的方式实现。
[0104] 按照目标规划法,式⑶可以转化成式(16)和式(17)所示的多目标优化问题,式 (16)中y是一个实数,R是实数域,空间区域Q限制了向量d的每一个元素的取值范围 (本实施例要求向量d的每一个元素不小于0,不大于1)。式(16)的意思是寻找一个最小 的实数Y,使得式(17)得到满足。式(17)中G(d)由式(18)定义,式(17)中加权向量W 与Y的积表示式(17)中G(d)与向量g之间允许的偏差,g的定义参见式(13),其值已在 第五步计算得到。实际计算时向量W可以与向量g相同。目标规划法的具体编程实现已经 有通用程序可以直接采用。使用目标规划法就可以求得被评估对象当前名义损伤向量d。
[0105] minimizey(16)
[0106]yGR,dGQ
[0107]G(d)-Wy (17)
[0108]G(d) =abs(AC?d-C+C。) (18)
[0109] 被评估对象当前名义损伤向量d的元素个数等于被评估对象的数量,被评估对象 当前名义损伤向量d的元素和被评估对象之间是一一对应关系,被评估对象当前名义损伤 向量d的元素数值代表对应被评估对象的名义广义位移、名义损伤程度或名义载荷变化程 度;向量d的元素的编号规则与向量d。的元素的编号规则相同。
[0110] 第十步:定义被评估对象当前实际损伤向量da,被评估对象当前实际损伤向量da 的元素个数等于被评估对象的数量,被评估对象当前实际损伤向量da的元素和被评估对象 之间是一一对应关系,被评估对象当前实际损伤向量da的元素数值代表对应被评估对象的 实际损伤程度或实际广义位移或实际载荷变化程度;向量Cf的元素的编号规则与向量Clci的 元素的编号规则相同。利用式(15)表达的被评估对象当前实际损伤向量da的第k个元素 d\同被评估对象初始损伤向量d。的第k个元素Clcik和被评估对象当前名义损伤向量d的第 k个元素4间的关系,计算得到被评估对象当前实际损伤向量da的所有元素。
[0111] d\表示第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 一根支承索,那么(1\表示其当前实际损伤,(1\为0时表示无损伤,为100%时表示该支承 索彻底丧失承载能力,介于〇与100%之间时表示丧失相应比例的承载能力。
[0112] d\表示第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一个支座的 一个广义位移分量,那么d\表示其当前实际广义位移数值。
[0113] d\表示第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A^时结构所承受的对 应载荷的变化量;所以根据被评估对象当前实际损伤向量da能够确定有哪些支承索受损及 其损伤程度,同时能够确定有哪些载荷发生了变化及其数值。
[0114] 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。
[0115] 第十一步:健康监测系统中的计算机定期自动或由人员操作健康监测系统生成索 系统健康情况报表。
[0116] 第十二步:在指定条件下,健康监测系统中的计算机自动操作通信报警设备向监 控人员、业主和(或)指定的人员报警。
[0117] 第十三步:回到第三步,开始由第三步到第十三步的循环。
【主权项】
1.精简应变监测载荷受损索广义位移识别方法,其特征在于所述方法包括: 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
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