[发明专利]一种基于群稀疏的复合材料结构冲击载荷识别方法及装置

说明书

本公开揭示了一种基于群稀疏的复合材料结构冲击载荷识别方法，包括：获取复合材料结构冲击激励位置与响应测点位置间的传递函数矩阵；测量施加于复合材料结构的冲击载荷所产生的冲击响应信号；确定待识别冲击载荷的稀疏群；构造基于混合l₁l₂范数的时域群稀疏识别模型；求解基于混合l₁l₂范数的时域群稀疏识别模型，识别施加于复合材料结构的冲击载荷。本公开还提供了一种基于群稀疏的复合材料结构冲击载荷识别装置。本公开充分利用冲击载荷的时域群稀疏特征，极大地抑制了响应噪声的放大；与传统的Tikhonov方法相比，具有精度高、稳定性强的优势；不涉及传递函数矩阵复杂的求逆运算，具有计算效率高且存在闭式解的优点。

技术领域

本发明属于复合材料结构健康监测领域，具体涉及一种基于群稀疏的复合材料结构冲击载荷识别方法及装置。

背景技术

复合材料因具有比强度大、比刚度大等优点，被广泛应用于航空、航天、轨道交通、能源动力等领域。然而，复合材料结构在应用中存在的一个关键问题是抗冲击性能差。当冲击载荷超过复合材料结构的冲击损伤阈值时，结构内部会形成隐蔽性强、危害性大、目不可检的致命“内伤”，损伤累积下来会破坏复合材料结构的完整性以及承载能力，从而造成隐患，严重会导致巨大的经济损失和人员伤亡。因此，在复合材料的结构健康监测中，及时识别可能引起损伤的冲击载荷具有重要意义。

载荷识别起源于20世纪70年代的航空领域，由于对飞机性能要求的提高，设计过程采用了大量复合材料，为了更好地发挥复合材料结构的承载性能，要求准确地了解飞机在实际飞行中的受力状况，于是提出了载荷识别的研究课题。利用易于测量的振动响应间接地实现未知动载荷识别，属于结构动力学的第二类反问题，其病态特性意味着测量响应中的微小误差就可能导致识别的动载荷严重偏离真实值。与动力响应求解正问题不同，载荷识别反问题是典型的病态或不适定性问题，即不满足Hadmard存在性、唯一性和稳定性三准则，而需要通过正则化方法添加约束条件，将不适定性问题转化为适定性问题。近30年来，在l₂范数正则化框架下，通过添加约束条件，各类正则化方法如Tikhonov、截断奇异值分解、函数逼近法等广泛应用到冲击载荷识别领域，以克服反问题的不适定性。然而，现有的基于l₂范数的正则化方法在识别精度、稳定性、计算效率、参数选取等方面均存在一定的瓶颈和局限。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本公开的目的在于提供一种基于群稀疏的复合材料结构冲击载荷识别方法及装置，在充分考虑冲击载荷的时域群稀疏特征的基础上，能够有效解决传统的基于l₂范数的正则化方法识别精度低、解不稳定的技术缺陷，能够极大地抑制响应噪声的放大。

本公开通过以下技术方案实现以上目的：

一种基于群稀疏的复合材料结构冲击载荷识别方法，包括如下步骤：

S100：获取复合材料结构冲击激励位置与响应测点位置间的传递函数矩阵；

S200：测量施加于复合材料结构的待识别冲击载荷所产生的冲击响应信号；

S300：根据所述冲击响应信号确定所述待识别冲击载荷的稀疏群；

S400：基于步骤S100-S300构造基于混合l₁l₂范数的时域群稀疏识别模型；

S500：求解基于混合l₁l₂范数的时域群稀疏识别模型，识别施加于复合材料结构的冲击载荷。

优选的，步骤S100包括如下步骤：

S101：获取复合材料结构冲击激励位置与响应测点位置间的频响函数H(ω)；