[发明专利]一种基于模态应变能的损伤发生的判断方法

权利要求书

1.一种基于模态应变能的损伤发生的判断方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)建立分析对象的有限元模型，将所述分析对象划分为单元，令m为其有限元模型的单元总数；

2)试验数据采集：根据所述分析对象的几何结构，设计传感器排布，记相邻单元间的连接点为节点，测量并记录所述分析对象各节点的振动，汇总求得所述分析对象的模态频率与振型；重复2)的操作，多次测量实验对象的模态频率与振型；

3)有限元模型的初始修正：以实验测得的前5阶模态频率为目标值，应用基于模态频率的灵敏度修正，对有限元模型的初始物理参数进行修正，并计算模型中各单元的局部刚度矩阵；

4)各单元刚度贡献值的计算：以节点的位置为基准，将单元的局部刚度矩阵，装填入整体模型的刚度矩阵，从而获得各单元对模型整体的刚度贡献值；

5)模态应变能的计算：通过所述整体模型的阵型计算得到有限元模型以及实验模型的模态应变能(Modal Strain Energy，MSE)；

6)根据所述单元各阶模态应变能向量得到所述分析对象是否发生结构刚度损伤；在所述步骤6)中，为模型中每个单元定义其模态应变能向量，所述模态应变能向量由此单元各阶模态应变能按照模态阶次排列而成，即：

MSEvec_jⁿ＝{MSE_j1ⁿ,MSE_j2ⁿ,...,MSE_jrⁿ} (1)

其中，MSEvec_jⁿ为第n次测量结果中第j个单元的模态应变能向量(Modal StrainEnergy Vector)，MSE_jrⁿ为第n次测量结果中第j个单元的第r阶模态应变能，因此定义刚度损伤发生指标如下：

m为模型的总单元数，MSEVS_jⁿ为第n次测量结果中第j个单元的模态应变能相似度(Modal Strain Energy Vector Similarity)；MSEVS_sumⁿ即为第n次测量结果中，损伤发生判断指标的值，其为体现分析对象是否发生结构刚度损伤的指标，称为第n次的整体模态应变能相似度。

2.根据权利要求1所述的一种基于模态应变能的损伤发生的判断方法，其特征在于，所述有限元模型以及实验模型的模态应变能(Modal Strain Energy，MSE)均通过模型的振型，经由下式计算得出：

其中，{Φ_rⁿ}为第n次测量结果中第r阶的模态振型，[K]_j表示第j个单元的刚度贡献值，则MSE_jrⁿ为第n次测量结果中第j个单元的第r阶模态应变能。

3.根据权利要求1所述的一种基于模态应变能的损伤发生的判断方法，其特征在于，所述的步骤1)中的单元结构为板单元或梁杆单元。

4.根据权利要求1所述的一种基于模态应变能的损伤发生的判断方法，其特征在于，所述的步骤1)中建立的有限元模型时，根据所述分析对象的实际情况做边界处理，并赋予的刚度是在误差允许范围内与实际刚度相符。

5.根据权利要求1所述的一种基于模态应变能的损伤发生的判断方法，其特征在于，所述的步骤2)中所选的振型测点数量根据实际情况调整，在被测物体的主振方向上测点数量为单数，且左右对称分布，使其能以较少的传感器数量完备描述被测物体的结构振型。

6.根据权利要求1所述的一种基于模态应变能的损伤发生的判断方法，其特征在于，所述的步骤4)中，单元中各个节点需按照其几何位置，将刚度填充至整体刚度矩阵的正确位置，以得到该单元的刚度贡献值。