[發明專利]基于應變監測的索結構中索系統的遞進式健康監測方法

有效

• 申請號: 200910028140.9
• 申請日: 2009-01-09
• 公開（公告）號: CN101504333A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 韓玉林
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01M19/00
• 分類號: G01M19/00;G01B21/32;G01B21/00;G01N19/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

1.一種基于應變監測的索結構中索系統的遞進式健康監測方法，其特征是該方法包括：

a.設共有N根索，首先確定索的編號規則，按此規則將索結構中所有的索編號，該編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣；

b.確定指定的將被監測應變的索結構上的點，給這些點編號，確定將被監測應變的點的、將被監測的應變方向，并編號，上述點編號、應變方向編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣，上述所有的被監測量的個數之和不得小于索的數量；

c.利用索的無損檢測數據或其他能夠表達索的健康狀態的數據建立索系統初始損傷向量d¹_o；如果沒有索的無損檢測數據或其他能夠表達索的健康狀態的數據時，或者認為索結構初始狀態為無損傷狀態時，向量d¹_o的各元素數值取0；

d.在建立索系統初始損傷向量d¹_o的同時，直接測量計算得到索結構的所有的被監測量，組成“被監測量的初始數值向量C¹_o”；

e.在建立索系統初始損傷向量d¹_o和被監測量的初始數值向量C¹_o的同時，實測得到索結構的實測數據即所有索的初始索力數據和初始幾何數據；

f.根據索結構的設計圖、竣工圖和索結構的上述實測數據，建立索結構的力學計算模型，基于該模型計算所得的計算數據同上述實測數據越接近越好，其間的差異不得大于5％，此時該模型被稱為結構的力學計算基準模型A¹；

g.在力學計算基準模型Aⁱ的基礎上進行若干次力學計算，通過計算獲得“單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔCⁱ”和“名義單位損傷向量Dⁱ_u”；其中i表示循環次數，i＝1，2，3，......；

h.實測得到索結構的所有的被監測量的當前實測數值，組成“被監測量的當前數值向量Cⁱ”；給本步及本步之前出現的所有向量的元素編號時，應使用同一編號規則，這樣可以保證本步及本步之前出現的各向量的、編號相同的元素，表示同一被監測量的、對應于該元素所屬向量所定義的相關信息；

i.定義索系統當前名義損傷向量dⁱ_c和當前實際損傷向量dⁱ，當前名義損傷向量dⁱ_c和當前實際損傷向量dⁱ的元素個數等于索的數量，當前名義損傷向量dⁱ_c和當前實際損傷向量dⁱ的元素和索之間是一一對應關系，當前名義損傷向量dⁱ_c和當前實際損傷向量dⁱ的元素數值代表對應索的損傷程度或健康狀態；

j.依據“被監測量的當前數值向量Cⁱ”同“被監測量的初始數值向量Cⁱ_o”、“單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔCⁱ”和“當前名義損傷向量dⁱ_c”間存在的近似線性關系，該近似線性關系可表達為式1，式1中除dⁱ_c外的其它量均為已知，求解式1就可以算出當前名義損傷向量dⁱ_c：

式1

k.利用式2表達的當前實際損傷向量dⁱ同初始損傷向量dⁱ_o和當前名義損傷向量dⁱ_c的元素間的關系，計算得到當前實際損傷向量dⁱ的所有元素：

式2

式2中j＝1，2，3，……，N；

由于當前實際損傷向量dⁱ的元素數值代表對應索的損傷程度，所以根據當前實際損傷向量dⁱ就能確定有哪些索受損及其損傷程度，即實現了索結構中索系統的健康監測；若當前實際損傷向量的某一元素的數值為0，表示該元素所對應的索是完好的，沒有損傷的；若其數值為100％，則表示該元素所對應的索已經完全喪失承載能力；若其數值介于0和100％之間，則表示該索喪?失了相應比例的承載能力；

1.在求得當前名義損傷向量dⁱ_c后，按照式3建立標識向量Fⁱ，式4給出了標識向量Fⁱ的第j個元素的定義

式3

式4

式4中元素Fⁱ_j是標識向量Fⁱ的第j個元素，Dⁱ_uj是名義單位損傷向量Dⁱ_u的第j個元素，dⁱ_cj是索系統當前名義損傷向量dⁱ_c的第j個元素，它們都表示第j根索的相關信息，式4中j＝1，2，3，……，N；

m.如果標識向量Fⁱ的元素全為0，則回到第h步繼續本次循環；如果標識向量Fⁱ的元素不全為0，則進入下一步、即第n步；

n.根據式5計算得到下一次、即第i+1次循環所需的初始損傷向量dⁱ⁺¹_o的每一個元素dⁱ⁺¹_oj；

式5

式5中Dⁱ_uj是名義單位損傷向量Dⁱ_u的第j個元素，dⁱ_cj是索系統當前名義損傷向量dⁱ_c的第j個元素，Fⁱ_j是標識向量Fⁱ的第j個元素，式5中j＝1，2，3，……，N；

o.在力學計算基準模型Aⁱ的基礎上，令索的健康狀況為dⁱ⁺¹_o后更新得到下一次、即第i+1次循環所需的力學計算基準模型Aⁱ⁺¹；

p.通過對力學計算基準模型Aⁱ⁺¹的計算得到對應于模型Aⁱ⁺¹的索結構的所有被監測應變的點的、將被監測的應變方向的應變數值，這些數值組成下一次、即第i+1次循環所需的被監測量的初始數值向量Cⁱ⁺¹_o；

q.回到第g步，開始下一次循環。

2.根據權利要求1所述的基于應變監測的索結構中索系統的遞進式健康監測方法，其特征在于在步驟g中，獲得“單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔCⁱ”的方法為：

g1.在結構的力學計算基準模型Aⁱ的基礎上進行若干次力學計算，計算次數數值上等于所有索的數量，有N根索就有N次計算，每一次計算假設索系統中只有一根索在原有損傷的基礎上再增加單位損傷，每一次計算中出現損傷的索不同于其它次計算中出現損傷的索，并且每一次假定有損傷的索的單位損傷值不同于其他索的單位損傷值，用“名義單位損傷向量Dⁱ_u”記錄所有索的假定的單位損傷，每一次計算得到索結構中所有的被監測量的當前數值，每一次計算得到的所有的被監測量的當前數值組成一個“被監測量的計算當前數值向量”；當假設第j根索有單位損傷時，可用Cⁱ_tj表示對應的“被監測量的計算當前數值向量”；在本步驟中給各向量的元素編號時，應同本發明中其它向量使用同一編號規則，這樣可以保證本步驟中各向量中的任意一個元素，同其它向量中的、編號相同的元素，表達了同一被監測量或同一對象的相關信息；

g2.每一次計算得到的那個“被監測量的計算當前數值向量Cⁱ_tj”減去“被監測量的初始數值向量Cⁱ_o”得到一個向量，再將該向量的每一個元素都除以本次計算中假定的單位損傷值后得到一個“被監測量的數值變化向量δCⁱ_j”；有N根索就有N個“被監測量的數值變化向量”；

g3.由這N個“被監測量的數值變化向量”依次組成有N列的“單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔCⁱ”；或者說“單位損傷被監測量數值變化矩陣”的每一列對應于一個“被監測量的數值變化向量”；“單位損傷被監測量數值變化矩陣”的列的編號規則與當前名義損傷向量dⁱ_c和當前實際損傷向量dⁱ的元素編號規則相同。?