[发明专利]基于柔度变化率与模式匹配的震后结构损伤快速识别方法

权利要求书

1.一种基于柔度变化率与模式匹配的震后结构损伤快速识别方法，其特征在于，所述震后结构损伤快速识别方法包括下列步骤:

S1、利用有限元软件，对识别对象结构建立结构的有限元模型；由损伤位置和损伤程度构成的排列组合的损伤情况形成损伤模式库中的所有损伤工况，并对所有损伤工况进行模态分析，得到各种损伤工况下识别对象结构的模态振型、固有频率；

S2、计算各种损伤工况的柔度变化率，建立带损伤位置和损伤程度标签的以柔度变化率为参数的损伤模式库，柔度变化率的计算过程如下：

式中，F为柔度矩阵，f_ij的物理意义是在位置j测量点施加单位集中力时，在位置i测量点产生的位移，r为模态阶数,ω_r为识别对象结构第r阶的固有频率，φ_i^(r)、φ_j^(r)分别表示位置i测量点的第r阶模态振型值与位置j测量点的第r阶模态振型值的乘积，i＝1,2,…,M，j＝1,2,…,N；

计算无损和损伤工况的柔度矩阵变化量ΔF，计算公式如下：

ΔF＝F_d-F_u

式中，F_u、F_d分别为无损和损伤工况的柔度矩阵；

通过柔度矩阵对角线元素计算柔度矩阵变化率δF，计算公式如下：

其中，diag(·)为柔度矩阵的对角线元素，f_ii^u、f_ii^d分别表示无损和损伤工况柔度矩阵的对角元素，[]′表示行向量的转置；

损伤模式库中各种损伤的匹配向量如下：

其中，δF_p表示损伤模式库中的第p种损伤工况的柔度变化率，p＝1,2,…,Q；

S3、在待进行识别对象结构上安装加速度传感器，测量识别对象结构的加速度响应；

S4、利用复模态指示函数法CMIF对所测识别对象结构的动力响应进行模态识别，得到识别对象结构的第r阶实测固有频率ω_tr和振型φ_t^(r)＝[φ_t1^(r) φ_t2^(r) … φ_tj^(r) …φ_tN^(r)]'，其中，φ_tj^(r)为位置j测量第r阶实测振型值，j＝1,2,…,N；

S5、将实测振型和固有频率按照步骤S2计算得到识别对象结构实测柔度矩阵T：

其中，ω_tr为识别对象结构第r阶的固有频率，φ_ti^(r)、φ_tj^(r)表示识别对象结构位置i测量点的第r阶模态振型值与位置j测量点的第r阶模态振型值的乘积，计算柔度变化率向量形成测试匹配向量集

其中，δT_k表示测试集中的第k种待测工况，k＝1,2,…,P；

S6、将测试匹配向量集中的匹配向量δT_k依次与步骤S2中建立的损伤模式库中各种损伤的匹配向量δF_p进行相似度度量；

S7、确定相似度度量的匹配结果最小值对应的损伤模式库中编号下的损伤工况即为实测工况的损伤。

2.根据权利要求1所述的基于柔度变化率与模式匹配的震后结构损伤快速识别方法，其特征在于，所述步骤S6中采用欧氏距离法进行相似度度量，计算公式给如下：

其中，δF_p(a)为损伤模式库中第a个损伤工况的柔度变化率向量；δT_k(b)为测试集中第b个待测工况的柔度变化率向量。

3.根据权利要求1所述的基于柔度变化率与模式匹配的震后结构损伤快速识别方法，其特征在于，所述步骤S7中，当出现两个较为接近的最小值时，则认为损伤模式库中对应的这两种损伤均为实测工况的损伤。