[发明专利]一种高桩码头模态分析测点布置的优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高桩码头模态分析测点布置的优化方法，具体涉及一种基于动力理论通过有限元模型理论模态的计算来指导高桩码头损伤检测测点布置的优化方法。

背景技术

高桩码头是我国码头的主要形式之一，在我国的水运工作中扮演着重要的角色，其所受荷载十分复杂，实际使用过程中易出现损伤，病态的高桩码头成为我国国民生命财产安全的重大隐患。基于动力理论的损伤检测方法是目前损伤检测方法中最有发展前景的一种，应用曲率模态法对损伤能够准确的识别。模态测点布置不理想将对模态的识别造成干扰，模态测点的合理布置是基于动力理论损伤检测方法成功的关键，然而关于高桩码头在这方面的研究较少。

目前关于模态测点优化布置应用最广的方法是有效独立法。有效独立法的基本原理是迭代计算各自由度对模态矩阵秩的贡献的大小，每次迭代删除对模态矩阵秩贡献最小的测点，直到达到要求的测点数目。有效独立算法可以在少量测点的情况下，保证模态向量之间的线性无关性，然而这种方法需要有初始测点群，而初始测点群目前大都依靠经验来选取。

EdwardSazonov于2005年提出了基于曲率模态损伤检测方法的最佳样本点布置间隔的计算方法，该方法在考虑测量噪声的条件下，通过使测量误差的上界最小化来求最佳样本点布置间隔h₀，然而通过该方法计算出来的测点数目较多，计算出的测点不一定布置在曲率模态控制点(模态节点、拐点和极值点)上，即由最佳样本间隔法计算出的测点冗余且不能最佳表现出曲率模态曲线的特征。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高桩码头模态分析测点布置的优化方法，基于曲率模态损伤识别法，并通过高桩码头有限元模型的理论曲率模态的计算，结合有效独立法和最佳样本间隔法，再根据理论曲率模态的几何特征进行高桩码头模态分析的测点布置，

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种高桩码头模态分析测点布置的优化方法，其特征是，包括以下步骤：

1)建立高桩码头有限元模型，对该高桩码头有限元模型进行模态分析，确定要提取的模态振型的阶数m，计算高桩码头桩基及面板两侧的理论位移模态振型和理论曲率模态振型；

2)对上述任意一阶理论模态振型计算高桩码头模态分析的最佳样本间隔，确定初始测点样本集；

3)对上述初始测点样本集用有效独立法进行优化，并进行测点布置；

4)计算各阶曲率模态的控制点，所述控制点包括端点、节点、拐点和极值点，在各控制点处布置测点,完成高桩码头模态分析测点布置。

前述的一种高桩码头模态分析测点布置的优化方法，其特征是，在所述步骤2)中最佳样本间隔的计算步骤如下：

21)设置一系列样本间隔；

22)任取一阶位移模态振型，计算其四阶导数并求出在每一测点局部区域误差的最大值；

23)在整个测线或桩基范围对每一个间隔求出并以最大的F₄对应的间隔为最佳样本间隔；式中，h_i为第i个有限元节点的样本间隔，为第1阶位移模态第i个有限元节点的位移模态值。

前述的一种高桩码头模态分析测点布置的优化方法，其特征是，在所述步骤2)中，经过最佳样本间隔计算后布置的测点均匀布置。

前述的一种高桩码头模态分析测点布置的优化方法，其特征是，在所述步骤3)中有效独立法优化后的测点数加上模态控制点数大于所需提取模态数。

本发明所达到的有益效果：1)通过在理论曲率模态曲线特征点处布置测点以保持实测模态曲线尽可能反映真实的模态，克服了有效独立法和最佳样本间隔法的缺点，优化了传统测点的布置方法；2)利用最佳样本间隔的计算公式获取有效独立法的初始样本群，在初始样本点的选取上就控制了测量误差上界最小化；3)利用有效独立法对初始样本群中的测点进行筛选，在控制测量误差上界最小化的基础上，又保证了在最少测点时模态向量间的线性无关性；4)在理论曲率模态曲线控制点处布置测点保证了对真实模态曲线特征尽可能的的准确表达。

附图说明

图1是本发明实施的流程图；

图2是本发明实施实例的高桩码头结构示意图；

图3是本发明实施实例的高桩码头1号桩优化布置后的测点测得的第二阶曲率模态与第二阶理论曲率模态对比图；

图4是本发明实施实例的高桩码头1号桩优化布置后的测点测得的第三阶曲率模态与第三阶理论曲率模态对比图；