[發(fā)明專利]基于應(yīng)變監(jiān)測的識別受損索松弛索支座角位移的遞進(jìn)方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110122709.5
• 申請日: 2011-05-13
• 公開（公告）號: CN102297781A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓玉林;關(guān)慶港
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01B21/22;G01B21/32;G01L5/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于應(yīng)變監(jiān)測的識別受損索松弛索支座角位移的遞進(jìn)方法，其特征在于所述方法包括：

a.?為敘述方便起見，統(tǒng)一稱被評估的支承索和支座角位移分量為被評估對象，設(shè)被評估的支承索的數(shù)量和支座角位移分量的數(shù)量之和為N，即被評估對象的數(shù)量為N；確定被評估對象的編號規(guī)則，按此規(guī)則將索結(jié)構(gòu)中所有的被評估對象編號，該編號在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣；用變量j表示這一編號，j=1,2,3,…,?N；

b.?確定指定的被監(jiān)測點(diǎn)，被監(jiān)測點(diǎn)即表征結(jié)構(gòu)應(yīng)變信息的所有指定點(diǎn)，并給所有指定點(diǎn)編號；確定被監(jiān)測點(diǎn)的被監(jiān)測的應(yīng)變方向，并給所有指定的被監(jiān)測應(yīng)變編號；“被監(jiān)測應(yīng)變編號”在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣；“結(jié)構(gòu)的全部被監(jiān)測的應(yīng)變數(shù)據(jù)”由上述所有被監(jiān)測應(yīng)變組成；將“結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測的應(yīng)變數(shù)據(jù)”?簡稱為“被監(jiān)測量”；所有被監(jiān)測量的數(shù)量之和不得小于N；

c.?利用被評估對象的無損檢測數(shù)據(jù)等能夠表達(dá)被評估對象的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)建立被評估對象初始健康狀態(tài)向量dⁱ_o；如果沒有被評估對象的無損檢測數(shù)據(jù)時，向量dⁱ_o的各元素?cái)?shù)值取0；向量dⁱ_o的元素的編號規(guī)則和被評估對象的編號規(guī)則相同；用i表示循環(huán)次數(shù)，i=1,?2,?3,……；這里是第一次循環(huán)，i取1，即這里建立的初始健康狀態(tài)向量dⁱ_o可以具體化為d¹_o；

d.?在建立初始健康狀態(tài)向量d¹_o的同時，直接測量計(jì)算得到索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測量的初始數(shù)值，組成被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量Cⁱ_o；這里是第一次循環(huán)，i取1，即這里建立的被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量Cⁱ_o可以具體化為C¹_o；在實(shí)測得到被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C¹_o的同時，實(shí)測得到索結(jié)構(gòu)的初始幾何數(shù)據(jù)和初始索結(jié)構(gòu)支座坐標(biāo)數(shù)據(jù)；直接測量計(jì)算得到所有支承索的初始索力，組成初始索力向量F_o；同時，依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、竣工數(shù)據(jù)得到所有支承索的初始自由長度，組成初始自由長度向量l_o；向量F_o和向量l_o是不變的；同時，實(shí)測或根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、竣工資料得到所有索的彈性模量、密度、初始橫截面面積；

e.?根據(jù)索結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖、竣工圖和索結(jié)構(gòu)的實(shí)測數(shù)據(jù)、索的無損檢測數(shù)據(jù)和初始索結(jié)構(gòu)支座坐標(biāo)數(shù)據(jù)建立索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Aⁱ；這里是第一次循環(huán)，i取1，即這里建立的索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Aⁱ可以具體化為A¹；

f.?在力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Aⁱ的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次力學(xué)計(jì)算，通過計(jì)算獲得“單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣ΔCⁱ”和“名義單位損傷向量Dⁱ_u”；?

g.?實(shí)測得到索結(jié)構(gòu)的所有指定被監(jiān)測量的當(dāng)前實(shí)測數(shù)值，組成“被監(jiān)測量的當(dāng)前數(shù)值向量Cⁱ”；給本步及本步之前出現(xiàn)的所有向量的元素編號時，應(yīng)使用同一編號規(guī)則，這樣可以保證本步及本步之前出現(xiàn)的各向量的、編號相同的元素，表示同一被監(jiān)測量的、對應(yīng)于該元素所屬向量所定義的相關(guān)信息；實(shí)測得到索結(jié)構(gòu)的所有支承索的當(dāng)前索力，組成當(dāng)前索力向量Fⁱ；實(shí)測計(jì)算得到所有支承索的兩個支承端點(diǎn)的空間坐標(biāo)，兩個支承端點(diǎn)的空間坐標(biāo)在水平方向分量的差就是兩個支承端點(diǎn)水平距離；

h.?定義當(dāng)前名義健康狀態(tài)向量dⁱ_c和當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d^?i，兩個損傷向量的元素個數(shù)等于被評估對象的數(shù)量，當(dāng)前名義健康狀態(tài)向量dⁱ_c的元素?cái)?shù)值代表對應(yīng)被評估對象的當(dāng)前名義損傷程度或支座角位移，當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d^?i的元素?cái)?shù)值代表對應(yīng)被評估對象的當(dāng)前實(shí)際損傷程度或支座角位移，兩個損傷向量的元素的元素個數(shù)等于被評估對象的數(shù)量，兩個損傷向量的元素和被評估對象之間是一一對應(yīng)關(guān)系，兩個損傷向量的元素的編號規(guī)則和被評估對象的編號規(guī)則相同；

i.?依據(jù)“被監(jiān)測量的當(dāng)前數(shù)值向量Cⁱ”同“被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量Cⁱ_o”、“單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣ΔCⁱ”和“當(dāng)前名義健康狀態(tài)向量dⁱ_c”間存在的近似線性關(guān)系，該近似線性關(guān)系可表達(dá)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(dāng)前名義健康狀態(tài)向量dⁱ_c；

????????????????????????????????式1

j.?利用式2表達(dá)的當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量dⁱ同初始損傷向量dⁱ_o和當(dāng)前名義健康狀態(tài)向量dⁱ_c的元素間的關(guān)系，計(jì)算得到當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d^?i的所有元素；

?????????????????????????????式2

式2中j=1,2,3,……,N；

當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d^?i的元素?cái)?shù)值代表對應(yīng)被評估對象的實(shí)際損傷程度或?qū)嶋H支座角位移，根據(jù)當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量dⁱ就能確定有哪些索受損及其損傷程度，就能確定實(shí)際支座角位移；若當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量的某一元素對應(yīng)于是索系統(tǒng)中的一根索，且其數(shù)值為0，表示該元素所對應(yīng)的索是完好的，沒有損傷或松弛的的，若其數(shù)值為100%，則表示該元素所對應(yīng)的索已經(jīng)完全喪失承載能力，若其數(shù)值介于0和100%之間，則表示該索喪失了相應(yīng)比例的承載能力；如果當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量的某一元素對應(yīng)于一個支座的一個角位移分量，那么dⁱ_j表示其當(dāng)前角位移數(shù)值；

k.?從第j步中識別出的有問題的支承索中鑒別出受損索，剩下的就是松弛索。

l.?利用在第j步獲得的當(dāng)前實(shí)際虛擬損傷向量dⁱ得到松弛索的當(dāng)前實(shí)際虛擬損傷程度，利用在第g步獲得的當(dāng)前索力向量Fⁱ，利用在第g步獲得的所有支承索的兩個支承端點(diǎn)的水平距離，利用在第d步獲得的初始自由長度向量l_o，利用在第d步獲得的所有索的彈性模量、密度、初始橫截面面積數(shù)據(jù)，通過將松弛索同受損索進(jìn)行力學(xué)等效來計(jì)算松弛索的、與當(dāng)前實(shí)際虛擬損傷程度等效的松弛程度，等效的力學(xué)條件是：一、兩等效的索的無松弛和無損傷時的初始自由長度、幾何特性參數(shù)、密度及材料的力學(xué)特性參數(shù)相同；二、松弛或損傷后，兩等效的松弛索和損傷索的索力和變形后的總長相同；滿足上述兩個等效條件時，這樣的兩根支承索在結(jié)構(gòu)中的力學(xué)功能就是完全相同的，即如果用等效的松弛索代替受損索后，索結(jié)構(gòu)不會發(fā)生任何變化，反之亦然；依據(jù)前述力學(xué)等效條件求得那些被判定為松弛索的松弛程度，松弛程度就是支承索自由長度的改變量，也就是確定了那些需調(diào)整索力的支承索的索長調(diào)整量；這樣就實(shí)現(xiàn)了支承索的松弛識別；計(jì)算時所需索力由當(dāng)前索力向量Fⁱ對應(yīng)元素給出。

m.?在求得當(dāng)前名義健康狀態(tài)向量dⁱ_c后，按照式3建立標(biāo)識向量Bⁱ，式4給出了標(biāo)識向量Bⁱ的第j個元素的定義；

??????????????????式3

?????????????????????????????????????式4

式4中元素Bⁱ_j是標(biāo)識向量Bⁱ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是當(dāng)前名義健康狀態(tài)向量dⁱ_c的第j個元素，它們都表示第j個被評估對象的相關(guān)信息，式4中j=1,?2,?3,……,N；

n．如果標(biāo)識向量Bⁱ的元素全為0，則回到第g步繼續(xù)本次循環(huán)；如果標(biāo)識向量Fⁱ的元素不全為0，則進(jìn)入下一步、即第o步；

o.?根據(jù)式5計(jì)算得到下一次、即第i+1次循環(huán)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是當(dāng)前名義健康狀態(tài)向量d^?i_c的第j個元素，Fⁱ_j是標(biāo)識向量Fⁱ的第j個元素，式5中j=1,?2,?3,……,N；向量dⁱ⁺¹_o的元素的編號規(guī)則和被評估對象的編號規(guī)則相同；

p.?在力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Aⁱ的基礎(chǔ)上，令被評估對象的健康狀況為dⁱ⁺¹_o后更新得到下一次、即第i+1次循環(huán)所需的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Aⁱ⁺¹；

q.?通過對力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Aⁱ⁺¹的計(jì)算得到對應(yīng)于模型Aⁱ⁺¹的結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測應(yīng)變的點(diǎn)的、將被監(jiān)測的應(yīng)變方向的應(yīng)變數(shù)值，這些數(shù)值組成下一次、即第i+1次循環(huán)所需的被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量Cⁱ⁺¹_o；

r.?回到第f步，開始下一次循環(huán)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于應(yīng)變監(jiān)測的識別受損索松弛索支座角位移的遞進(jìn)方法，其特征在于在步驟f中，在力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Aⁱ的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次力學(xué)計(jì)算，通過計(jì)算獲得“單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣ΔCⁱ”和“名義單位損傷向量Dⁱ_u”的具體方法為：

f1.?在索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Aⁱ的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次力學(xué)計(jì)算，計(jì)算次數(shù)數(shù)值上等于N；依據(jù)被評估對象的編號規(guī)則，依次進(jìn)行計(jì)算；每一次計(jì)算假設(shè)只有一個被評估對象在原有損傷或角位移的基礎(chǔ)上再增加單位損傷或單位角位移，具體的，如果該被評估對象是索系統(tǒng)中的一根支承索，那么就假設(shè)該支承索再增加單位損傷，如果該被評估對象是一個支座的一個方向的角位移分量，就假設(shè)該支座在該角位移方向再增加單位角位移，每一次計(jì)算中再增加單位損傷或單位角位移的被評估對象不同于其它次計(jì)算中再增加單位損傷或單位角位移的被評估對象，用“名義單位損傷向量Dⁱ_u”?記錄記錄所有假定的再增加的單位損傷或單位角位移，其中i表示第i次循環(huán)，每一次計(jì)算都利用力學(xué)方法計(jì)算索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測量的當(dāng)前計(jì)算值，每一次計(jì)算得到的所有被監(jiān)測量的當(dāng)前計(jì)算值組成一個被監(jiān)測量計(jì)算當(dāng)前數(shù)值向量；

f2.?每一次計(jì)算得到的被監(jiān)測量計(jì)算當(dāng)前數(shù)值向量減去被監(jiān)測量初始數(shù)值向量后再除以該次計(jì)算所假設(shè)的單位損傷或單位角位移數(shù)值，得到一個被監(jiān)測量變化向量，有N個被評估對象就有N個被監(jiān)測量變化向量；

f3.?由這N個被監(jiān)測量變化向量按照N個被評估對象的編號規(guī)則，依次組成有N列的索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣ΔCⁱ。