[发明专利]一种结构损伤识别方法及系统

说明书

本发明公开了一种结构损伤识别方法及系统，利用阻抗仪采集与待识别主结构上各测点相连的各测点处的压电导纳信号，采用随机矩阵进行线性变换生成各测点处压电导纳信号相应的观测向量，并基于压缩感知理论分别对各测点处的观测向量进行压缩感知表示，分别基于各测点处压电导纳的观测向量的压缩感知表示采用凸优化理论求解稀疏解，并基于所得稀疏解对各测点处的压电导纳信号进行恢复，最后与基线工况下恢复完成后的压电导纳信号进行对比，计算各测点处当前工况下导纳信号的谐振峰值点的幅值竖向偏移指标、谐振频率水平偏移指标以及RMSD指标，对当前工况下的主结构进行损伤识别；该方法损伤识别结果较为准确，能够有效识别结构的不同损伤。

技术领域

本发明属于结构健康监测领域，更具体地，涉及一种结构损伤识别方法及系统。

背景技术

近年来我国基础设施建设得到了飞跃式的发展，土木工程结构由于其处于长期复杂多变的环境下作业，受自身材料退化、环境腐蚀、外力干扰、机械作业引起的疲劳等耦合因素影响，造成结构或构件的损伤。其中绝大部分损伤属于一个渐变的过程，并且无论是建造期还是服役期，结构自身的微小损伤通过肉眼难以识别，而随着微小损伤积少成多导致的后续构件局部损伤甚至结构性破坏对于诸多复杂结构/精密结构是致命的，而如何尽早准确探测到这些微小损伤在健康检测领域是一大热点，亦是一大难点。

基于传统压电阻抗技术的结构损伤识别系通过将压电陶瓷(PZT)传感器粘结于结构表面或植入结构内部，设置局部高频激励，利用PZT正逆压电效应，以PZT自身同时作为驱动器和传感器，获取结构局部性能(质量、刚度、阻尼等)相关信息来实现局部微小损伤的识别。然而其缺陷在于(并不限于)：监测过程中所需采样的数据量非常庞大，且数据采集系统(无线/有线)均可能在数据传输/存储过程中发生丢失，一旦数据发生丢失技术人员需要进行采集，直至得到相对完整的数据，工作量大，且识别结果不准确，这一现象不利于工程/科研人员有效进行实时数据处理分析，后续需要大量时间做数据甄别处理或数据重构来辅助结构的损伤识别进程。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种结构损伤识别方法及系统，其目的在于解决现有技术由于数据在传输或存储过程中可能发生丢失而导致损伤识别结果不准确的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种结构损伤识别方法，包括以下步骤：

S1、分别对与待识别主结构上各测点相连的PZT传感器进行电激励，基于压电正逆效应扫频生成各测点处的当前工况下的压电导纳信号X，并采用随机矩阵对各测点处的当前工况下的压电导纳信号X进行线性变换生成各测点处的当前工况下的压电导纳信号X的观测向量Y；

S2、基于压缩感知理论分别将各测点处的当前工况下的压电导纳信号X的观测向量Y表示为Y＝ΘA，然后分别基于各测点处Y的压缩感知表示采用凸优化理论求解所述A的稀疏解并基于对应的稀疏解对各测点处的当前工况下的压电导纳信号X进行恢复，得到各测点处当前工况下恢复完成后的压电导纳信号；其中，Θ为感知矩阵，A为维度与Θ的列数相同的列向量；

S3、分别将各测点处当前工况下恢复完成后的压电导纳信号与基线工况下恢复完成后的压电导纳信号进行对比，计算各测点处当前工况下导纳信号的谐振峰值点的幅值竖向偏移指标、谐振频率水平偏移指标以及RMSD指标，以对当前工况下的主结构进行损伤识别；其中，基线工况下恢复完成后的压电导纳信号为对处于相同环境条件下的原始无损状态下的主结构执行步骤S1和S2获得的、且预先留存下来的数据。

进一步优选地，基于压电导纳技术，对主结构建立健康监测系统；健康监测系统包括待识别结构、阻抗仪、温度计、湿度计、多个PZT传感器和数据基站；其中，一个PZT传感器对应与一个测点相连；阻抗仪用于对PZT传感器进行电激励，以在对应测点处生成压电导纳信号；温度计和湿度计均用于对所述主结构当前状态下的环境因素进行记录。

进一步优选地，上述稀疏解为：s.t.ΘA＝Y，其中，表示l₁范数。