[发明专利]一种考虑环境温度影响的拉索张力动测方法

权利要求书

1.一种考虑环境温度影响的拉索张力动测方法，其特征在于，包括：

获取待测拉索的相关参数，所述相关参数包括索长、倾斜角、弹性模量、横截面积、惯性矩以及环境温度变化量；

根据相关参数推导环境温度作用下的拉索静力方程和拉索动力特性值方程；

对所述拉索静力方程和拉索动力特性值方程进行离散，用有限差分法求解温度作用下拉索张力的变化量和温度作用下拉索垂度的变化量，并求解拉索的频率；

求解所述拉索频率对拉索初始张力、弯曲刚度、轴向刚度参数的导函数；

根据所述拉索频率对拉索初始张力、弯曲刚度、轴向刚度参数的导函数构建参数灵敏度矩阵，用最小二乘法实施拉索系统参数的反演，得到考虑温度效应影响的拉索张力。

2.根据权利要求1所述的考虑环境温度影响的拉索张力动测方法，其特征在于，所述拉索静力方程为：

其中，H表示吊杆张力，E表示弹性模量、I表示惯性矩的初始值；x表示拉索沿弦长方向的坐标，y表示拉索的静挠度；p(x)和q(x)分别表示重力在y和x方向的分量，在只有重力的情况下，有：p(x)＝mgcosθ，q(x)＝mgsinθ，其中θ为拉索的倾斜角；h_t和η_t表示因温度引起的拉索张力和挠度的变化量；上标＇和〞分别表示对坐标x的一阶导数和二阶导数。

3.根据权利要求2所述的考虑环境温度影响的拉索张力动测方法，其特征在于，所述拉索动力特性值方程为：

其中，ω表示拉索振动的圆频率，表示拉索的振型函数；EF和m分别为拉索的轴向刚度和单位长度质量，L为索长，F表示横截面积。

4.根据权利要求3所述的考虑环境温度影响的拉索张力动测方法，其特征在于，所述温度作用下拉索垂度的变化量分别表示为：

(K₁+K₂){η_t}＝{F_t} (6a)

其中η_t＝{η_t,1,η_t,2,...,η_t,n}^T表示温度变化导致的拉索位移列向量，η_t,i为拉索第i个节点处的垂度变化量，i＝1,2,…,n，n为划分的拉索节点数量；上标T表示向量/矩阵转置；K₁和K₂分别表示拉索的线性和非线性刚度矩阵，F_t为温度形成的荷载列向量；

线性矩阵K₁计算如下：

K₁的矩阵元素计算如下：

其中a表示划分的拉索单元长度，对于拉索两端铰接的情况：矩阵元素Q＝S+V(i＝1)，T＝S+W(i＝n)；对于拉索两端固结的情况：矩阵元素Q＝S-V(i＝1)，T＝S-W(i＝n)，W、U、S、D、V为矩阵元素，用于代替对应的计算公式；

非线性刚度矩阵K₂是拉索的垂度效应导致的，其计算式如下：

K₂＝sr^T (7a)

r^T＝{r₁,r₂,...,r_n}s＝{s₁,s₂,...,s_n}^T (7b)

其中y_i表示x＝x_i时拉索的静挠度，F_l表示拉索第l个节点处的横截面积；EF_l为拉索第l个节点处的轴向刚度；

温度形成的荷载列向量表示为：

F_t＝{F_t,1,F_t,2,...,F_t,n}^T (7c)

其中s_i,t_l,r_i和q_j都是与拉索垂度相关的变量，α为拉索的热膨胀系数，ΔT为环境温度的变化量，对于截面特性沿索长方向均匀分布的拉索，有：

所述温度作用下拉索张力的变化量表示为：

η_t,i为温度变化导致的拉索第i个节点处的垂度变化量，y_i表示x＝x_i时拉索的静挠度，y′_i和y″_i为相应的一阶和二阶导数，EF_i为拉索在x＝x_i时的轴向刚度。