[发明专利]基于有限元分析的传感数据监测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种实体工程结构监测系统，尤其是涉及一种基于有限元分析的传感数据监测方法及装置。

背景技术

工程设施健康监测是近年来国际上的研究热点，国内也有越来越多的大型工程建筑安装了此类健康监测系统。一般来说，健康监测系统主要由数据采集系统，数据传输存储系统和评估分析系统组成，对建筑结构进行实时地健康与安全评估，达到安全预警的目标。

目前已有的健康监测系统中，一般都存在如下的不足和缺陷。

1，因为传感器(比如光纤光栅传感器)的价格昂贵，一般只会对重点部位设置进行监测，这样监测的只是局部点的状态

2，未设置传感器部位因为不能采集到数据，也就无从对这些部分进行健康评估分析

3，评估分析方法都是单独，独立的。只是适用于具体的某个工程结构，通过长期观测其数据进行经验分析，缺乏实用性研究和通用性

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于有限元分析的传感数据监测方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于有限元分析的传感数据监测方法，该方法用于对实体工程结构进行实时监测，包括以下步骤：

1)解调仪采集由传感器生成的实体工程结构的传感数据；

2)解调仪向上位机发送步骤1)采集到的传感数据；

3)上位机将接收到的传感数据发送至安装有有限元分析组件的数据分析中心；

4)数据分析中心接收到传感数据，并存储于数据分析中心的数据库中；

5)用户端向数据分析中心发送查询请求；

6)数据分析中心从数据库读取对应的传感数据，并调用有限元分析组件进行有限元分析，得到有限元分析的结果；

7)数据分析中心将有限元分析的结果发送至用户端进行显示。

步骤3)中的上位机直接将传感数据发送至数据分析中心或者将传感数据进行筛选、封装后发送至数据分析中心。

所述的有限元分析组件包括实体工程结构有限元模型，该实体工程结构有限元模型为柔性有限元模型，根据实体工程结构进行构建，并通过传感数据进行模型修正、仿真和分析。

步骤6)中的有限元分析具体包括以下步骤：

A)根据实体工程结构构造有限元分析模型并进行网格划分；

B)根据对应的实体工程结构有限元模型的参数和传感器采集到的传感数据在构造完成的有限元分析模型上进行仿真；

C)根据步骤B)仿真得到的有限元分析模型的数据和传感器采集到的传感器数据对进行对比；

D)根据对比的差异对实体工程结构有限元模型的参数进行修正，并更新模型；

E)将更新后的实体工程结构有限元模型重复步骤B)～步骤D)的过程，直至仿真得到的有限元分析模型的数据和传感器采集到的传感器数据之间的差异小于阈值。

发送至用户端的有限元分析的结果通过图表或曲线的方式进行显示。

由传感器生成的实体工程结构的传感数据包括实体工程结构的荷载、约束条件、边界条件、内部应力、构件关联、整体形变和局部形变。

所述的传感数据的类型为实时数据、延时数据、静态数据或近似数据。

一种用于实施上述方法的基于有限元分析的传感数据监测装置，包括传感器、解调仪、上位机、用户端以及安装有有限元分析组件的数据分析中心，所述的传感器设有多个，设置在需要监测的实体工程结构上，并且连接解调仪，所述的解调仪连接上位机，上位机连接数据分析中心，所述的用户端设有多个，均与数据分析中心连接。

所述的上位机通过高速光纤、电缆或无线GPRS中的一种或多种方式连接数据分析中心。

所述的数据分析中心和用户端之间采用B/S构架或C/S构架。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1，成本低：只要合理布局传感器的位置，就能检测到几乎整个检测物的健康状态，减少了不必要的传感器数量。

2，检测全面：由于采用有限元分析的方法，不只是设置了传感器的部位可以得到分析结果，其它未设置传感器的部位可以根据有限元分析得到全面的分析结果。

3，适用性高：采用成熟的有限元分析组件，能提供大部分大型建筑(工程结构等)的分析模型，不再需要一段长时间的数据观测统计后得出一些经验方法，而是直接可以运用来得到分析结果。

4，可靠性高：正因为采用了有限元模型分析，能够检测到全部的健康状态，所以更能及时快速的了解当前状态，给决策者采取措施提供可靠的依据。