[发明专利]一种基于类柔度差曲率和频率摄动的结构损伤识别的方法

说明书

本发明属于结构健康检测技术领域，具体涉及一种基于类柔度差曲率和频率摄动的结构损伤识别的方法，包括如下步骤：S1、建立损伤定位指标，通过一阶模态测试数据建立类柔度矩阵，再计算损伤前后类柔度矩阵差并在此基础上计算类柔度差曲率，计算损伤位置；S2、损伤程度的确定：使用频率摄动公式量化损伤程度；S3、损伤定位数值计算；通过一阶模态测试建立类柔度矩阵，再计算损伤前后类柔度矩阵差并以此上计算类柔度曲率；并针对低阶频率测量精确性的优点，用摄动原理进行频率摄动，评估结构损伤程度，减小对高阶模态的依赖，增加对损伤的敏感程度；损伤识别先利用类柔度差曲率指标进行损伤位置，再由频率摄动原理确认损伤程度。

技术领域

本发明属于结构健康检测技术领域，具体涉及一种基于类柔度差曲率和频率摄动的结构损伤识别的方法。

背景技术

结构的模态参数对桥梁的抗风、抗震和健康监测及损伤诊断等研究具有重要作用。结构损伤将导致结构物理参数发生改变，而结构模态参数是物理参数的函数，因此，利用测得模态参数的变化，可反演出结构损伤状况。近年来，基于结构动力特性参数及其衍生量变化的结构损伤识别技术引起了广泛的关注。陈淮等根据矩阵摄动理论和结构振动理论，将结构的物理参数表示为单元损伤参数的函数，提出了基于频率和振型摄动进行结构损伤识别的方法；张晋等对曲率模态差指标进行改进，提出叠加曲率模态改变率指标，通过数值算例验证其有效性和优越性；宗周红等将模态应变能和响应面模型修正技术相结合，提出了基于响应面模型修正和单元模态应变能损伤指标的结构损伤识别方法，通过简支梁室内模型试验和实桥损伤识别等分别验证了该方法的可行性与有效性；E.T.Lee等推导了基于扩展自由度的修正柔度矩阵的分析方法，并用修正后的柔度曲率检测结构损伤；战家旺等以桥梁在车辆荷载作用下的动力响应频谱定义频谱形状差异性指数，并结合频率构造目标函数，提出了一种基于桥梁在线动力响应的铰接缝损伤定量评估方法。

尽管现已对柔度类指标开展了较多的研究工作，但主要都集中在损伤定位方面，已有指标均不能有效地进行损伤程度识别，因此，公开号为CN201710274079.0的专利提出了模态柔度曲率矩阵范数的梁结构损伤识别方法，其中，主要技术特征是基于结构损伤前后指标的相对变化及节点损伤程度与单元损伤程度的关系，提出了梁结构损伤程度的计算方法，该方法能有效的对梁结构进行单损伤、多损伤工况的损伤定位，以及较精确的识别损伤程度，为梁结构无损检测与评估提供了一种有效的新方法，但是实际工程中，模态测试仅能准确获得少量前几阶模态参数，对于复杂多自由度体系，测试自由度往往远小于结构本身自由度，使损伤识别精度受到影响，考虑到不完备测试信息的影响，为减少模型和模态测量误差的影响并避免损伤单元位于振型节点时其它损伤识别指标失效的缺陷，亟需一种基于类柔度差曲率和频率摄动的结构损伤识别的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于类柔度差曲率和频率摄动的结构损伤识别的方法，通过一阶模态测试数据建立类柔度矩阵，再计算损伤前后类柔度矩阵差并在此基础上计算类柔度曲率；并针对低阶频率测量精确性的优点，使用摄动原理进行频率摄动，计算评估结构损伤程度，大为减小了对高阶模态的依赖，增加了对损伤的敏感程度；损伤识别先利用类柔度差曲率指标进行损伤位置，再由频率摄动原理确认损伤程度，并以一简支梁为例验证了该方法的可行性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于类柔度差曲率和频率摄动的结构损伤识别的方法，包括如下步骤：

S1、建立损伤定位指标，通过一阶模态测试数据建立类柔度矩阵，再计算损伤前后类柔度矩阵差并在此基础上计算类柔度差曲率，计算损伤位置；

S2、损伤程度的确定：使用频率摄动公式量化损伤程度；

S3、损伤定位数值计算：建立一等截面简支梁桥模型对单损伤定位以及多损伤定位。

优选的，S1中，根据结构模态柔度矩阵计算出广义柔度矩阵，接着根据结构模态柔度曲率的方法计算出差结构模态类柔度差曲率。