[发明专利]一种结构损伤识别的不确定性定量分析方法及装置

说明书

本发明公开了一种结构损伤识别的不确定性定量分析方法及装置。所述方法，包括：建立结构的有限元模型，并根据所述有限元模型获得所述结构的计算特征数据；采用Tikhonov正则化方法，结合所述结构的计算特征数据以及所述结构的实测特征数据，构造目标函数；采用灵敏度方法求解所述目标函数，得到最优损伤参数和损伤参数的协方差矩阵；根据所述最优损伤参数和所述损伤参数的协方差矩阵进行不确定性定量分析，得到分析结果。本发明能够以较低复杂度的计算实现量化识别结果不确定性。

技术领域

本发明涉及结构损伤识别技术领域，尤其涉及一种结构损伤识别的不确定性定量分析方法及装置。

背景技术

工程结构在使用中会因自身材料老化或外界环境等内外因素造成结构损伤，影响结构的力学性能与安全性能。出于安全考虑，需要对工程结构进行实时损伤识别。损伤识别的主要任务是判断结构损伤是否发生、检测损伤发生的位置、量化损伤程度、分析结构损伤后的安全性能。为实现对结构损伤的定位、定量识别，结构损伤往往被视为结构刚度的折减，因此损伤识别亦是识别结构的刚度。

现有的损伤识别方法大致可分为确定性方法和不确定性方法两类。确定性方法是通过建立损伤特征数据(频率、模态、位移、加速度等物理量)与结构损伤的确定性映射关系进行分析计算。由于确定性映射关系在计算中求解简便，确定性方法在实际工程中得到了广泛应用，但其并未考虑结构损伤识别过程中噪声、测试误差、模型误差、环境荷载等不确定性因素的影响，识别结果与实际损伤存在一定误差。为使识别结果更加接近实际损伤，不确定性方法应运而生。不确定性方法是将损伤特征数据和损伤程度作为不确定量，通过建立损伤特征数据与结构损伤之间的不确定性映射关系进行分析计算。虽然不确定性方法能更加准确地描述识别结果，但由于不确定性映射关系求解、分析过程十分困难，所以很少在实际工程中应用。

可见，确定性方法和不确定性方法各有优劣，确定性方法能通过简便、高效的计算得到识别结果，不确定性方法能科学、合理地描述实际工程中的不确定性因素。目前尚未有方法能将两者的优势有机结合，很难以较低复杂度的计算实现量化识别结果不确定性。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种结构损伤识别的不确定性定量分析方法及装置，能够以较低复杂度的计算实现量化识别结果不确定性。

为了解决上述技术问题，第一方面，本发明一实施例提供一种结构损伤识别的不确定性定量分析方法，包括：

建立结构的有限元模型，并根据所述有限元模型获得所述结构的计算特征数据；

采用Tikhonov正则化方法，结合所述结构的计算特征数据以及所述结构的实测特征数据，构造目标函数；

采用灵敏度方法求解所述目标函数，得到最优损伤参数和损伤参数的协方差矩阵；

根据所述最优损伤参数和所述损伤参数的协方差矩阵进行不确定性定量分析，得到分析结果。

进一步地，所述建立结构的有限元模型，具体为：

采用有限元方法，将所述结构离散为N个单元，以根据所述结构的动力学特征方程建立所述有限元模型。

进一步地，所述目标函数为：