[发明专利]多功能变电构架健康监测和损伤识别方法

权利要求书

1.一种多功能变电构架健康监测和损伤识别方法，其特征是，包括如下步骤：

(1)数据采集模块将采集到的变电构架信息传送给结构健康监测系统；

(2)结构健康监测系统计算处理后进行排查、分析和评估，将排查、分析和评估结果传送至结果输出模块；

(3)结果输出模块用于显示结果。

2.根据权利要求1所述的多功能变电构架健康监测和损伤识别方法，其特征是，所述的步骤(1)中数据采集模块采集变电站的模拟量、开关量信息和相关图像数据。

3.根据权利要求2所述的多功能变电构架健康监测和损伤识别方法，其特征是，所述的采集的模拟量信息为变电站结构的固有频率、位移模态振型、曲率模态振型以及结构刚度和柔度矩阵；

开关量信息为变电站内主变运行状态和变电站出线运行状态；

图像数据为变电结构微小弹性形变。

4.根据权利要求1所述的多功能变电构架健康监测和损伤识别方法，其特征是，所述的步骤(2)中排查、分析和评估包括如下方式：

(1)基于固有频率的损伤识别：当质量和刚度均发生变化，固有频率降低，阻尼比增高；

(2)基于位移振型的损伤识别：①直接比较损伤前后的振型变化来识别损伤是否产生；②由振型构造结构损伤的标识量，由标识量的变化或其取值的判断来识别损伤的产生；③基于振型的正交化条件来识别损伤的产生；

基于位移振型的损伤识别方法采用模态置信度判据MAC-modal assurance criterion及其改进判据COMAC-coordinate modal assurancecriterion；其中，MAC用来衡量模态振型间的相互关系，COMAC用来衡量每个自由度上振型的相互关系；

若需识别结构是否发生损伤而言，采用COMAC；

利用MAC判别结构损伤前后动态特性的变化来检测结构是否发生损伤；

(3)基于曲率模态振型的损伤识别；结构的变形曲率与力学性能参数的基本关系为:

k＝M/EI

式中:M为截面弯矩；若结构出现了局部裂口或其他损伤，必将在有关局部位置引起EI的变化，从而使该处的曲率发生变化，导致曲率模态振型局部变化；曲率模态对于局部损伤表现敏感，根据曲率模态的变化进行损伤定位将更为准确；

(4)基于结构刚度矩阵及柔度矩阵的损伤识别：结构损伤会导致结构柔度的增加，结构柔度矩阵的变化可作为损伤检测的依据；

(5)基于单元模态应变能变化的损伤识别：通过测量结构损伤前后的振型，并借助结构的刚度，直接计算出可以表征结构变化的模态应变能；当结构局部发生损伤时，部分模态振型在结构损伤附近发生局部突变，引起损伤处模态应变能发生较大变化；对比结构损伤前后的模态应变能，可以大致判断损伤的位置；

结构单元模态应变能的分布与单元的刚度和单元对应的振型分量相关；定义结构破损前后的第j单元关于第i阶模态的单元模态应变能差(MSEC)和单元模态应变能变化率(MSECR)损伤识别指标ΔE_MSECΔE和ηη_MSEC分别为:

由以上二式可以得出，若发生局部损伤，则损伤部位将位于模态应变能变化率获得最大值的梁单元处；损伤识别时，绘制损伤识别指标MSECR随单元(或杆件)变化的二维曲线，曲线突变处将指示出损伤的位置；同时，根据MSECR曲线突变的幅度，可定性地判断损伤的程度。