[發(fā)明專利]基于混合監(jiān)測(cè)識(shí)別受損索松弛索支座廣義位移的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110144477.3
• 申請(qǐng)日: 2011-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN102221480A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓玉林;韓佳邑
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M99/00
• 分類號(hào): G01M99/00
• 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

1.一種基于混合監(jiān)測(cè)識(shí)別受損索松弛索支座廣義位移的方法，其特征在于所述方法包括：

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

b.確定混合監(jiān)測(cè)時(shí)指定的將被監(jiān)測(cè)索力的支承索，設(shè)索系統(tǒng)中共有Q根索，結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測(cè)的索力數(shù)據(jù)由結(jié)構(gòu)上M₁個(gè)指定索的M₁個(gè)索力數(shù)據(jù)來(lái)描述，結(jié)構(gòu)索力的變化就是所有指定索的索力的變化；每次共有M₁個(gè)索力測(cè)量值或計(jì)算值來(lái)表征結(jié)構(gòu)的索力信息；M₁是一個(gè)不小于0的整數(shù)；確定混合監(jiān)測(cè)時(shí)指定的將被監(jiān)測(cè)應(yīng)變的被測(cè)量點(diǎn)，結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)可由結(jié)構(gòu)上K₂個(gè)指定點(diǎn)的、及每個(gè)指定點(diǎn)的L₂個(gè)指定方向的應(yīng)變來(lái)描述，結(jié)構(gòu)應(yīng)變數(shù)據(jù)的變化就是K₂個(gè)指定點(diǎn)的所有被測(cè)應(yīng)變的變化；每次共有M₂個(gè)應(yīng)變測(cè)量值或計(jì)算值來(lái)表征結(jié)構(gòu)應(yīng)變，M₂為K₂和L₂之積；M₂是不小于0的整數(shù)；確定混合監(jiān)測(cè)時(shí)指定的將被監(jiān)測(cè)角度的被測(cè)量點(diǎn)，結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測(cè)的角度數(shù)據(jù)由結(jié)構(gòu)上K₃個(gè)指定點(diǎn)的、過(guò)每個(gè)指定點(diǎn)的L₃個(gè)指定直線的、每個(gè)指定直線的H₃個(gè)角度坐標(biāo)分量來(lái)描述，結(jié)構(gòu)角度的變化就是所有指定點(diǎn)的、所有指定直線的、所有指定的角度坐標(biāo)分量的變化；每次共有M₃個(gè)角度坐標(biāo)分量測(cè)量值或計(jì)算值來(lái)表征結(jié)構(gòu)的角度信息，M₃為K₃、L₃和H₃之積；M₃是一個(gè)不小于0的整數(shù)；確定混合監(jiān)測(cè)時(shí)指定的將被監(jiān)測(cè)的形狀數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測(cè)的形狀數(shù)據(jù)由結(jié)構(gòu)上K₄個(gè)指定點(diǎn)的、及每個(gè)指定點(diǎn)的L₄個(gè)指定方向的空間坐標(biāo)來(lái)描述，結(jié)構(gòu)形狀數(shù)據(jù)的變化就是K₄個(gè)指定點(diǎn)的所有坐標(biāo)分量的變化；每次共有M₄個(gè)坐標(biāo)測(cè)量值或計(jì)算值來(lái)表征結(jié)構(gòu)形狀，M₄為K₄和L₄之積；M₄是一個(gè)不小于0的整數(shù)；綜合上述混合監(jiān)測(cè)的被監(jiān)測(cè)量，整個(gè)結(jié)構(gòu)共有M個(gè)被監(jiān)測(cè)量，M為M₁、M₂、M₃和M₄之和，定義參量K，K為M₁、K₂、K₃和K₄之和，K和M不得小于被評(píng)估對(duì)象的數(shù)量N；由于M個(gè)被監(jiān)測(cè)量是不同類型的，所以本發(fā)明稱為“基于混合監(jiān)測(cè)識(shí)別受損索松弛索支座廣義位移的方法”；為方便起見(jiàn)，在本方法中將本步所列出的“混合監(jiān)測(cè)時(shí)結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測(cè)的所有參量”簡(jiǎn)稱為“被監(jiān)測(cè)量”；

c.利用索的無(wú)損檢測(cè)數(shù)據(jù)等能夠表達(dá)索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)建立初始健康狀態(tài)向量d_o；如果沒(méi)有索的無(wú)損檢測(cè)數(shù)據(jù)及其他能夠表達(dá)索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)時(shí)，向量d_o的各元素?cái)?shù)值取0；

d.在建立初始健康狀態(tài)向量d_o的同時(shí)，直接測(cè)量計(jì)算得到索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值，組成被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量C_o；

e.在建立初始健康狀態(tài)向量d_o和被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量C_o的同時(shí)，直接測(cè)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(shí)，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(zhǎng)度，組成初始自由長(zhǎng)度向量I_o；同時(shí)，依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、竣工數(shù)據(jù)或?qū)崪y(cè)得到索結(jié)構(gòu)的初始幾何數(shù)據(jù)和初始索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標(biāo)數(shù)據(jù)；同時(shí)，實(shí)測(cè)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；支座廣義坐標(biāo)包括線量和角量?jī)煞N；

f.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(cè)數(shù)據(jù)、索的無(wú)損檢測(cè)數(shù)據(jù)和初始索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標(biāo)數(shù)據(jù)建立索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型A_o；

g.在力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型A_o的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次力學(xué)計(jì)算，通過(guò)計(jì)算獲得索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測(cè)量單位變化矩陣ΔC；

h.實(shí)測(cè)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F；同時(shí)，實(shí)測(cè)得到索結(jié)構(gòu)的所有指定被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前實(shí)測(cè)數(shù)值，組成“被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前數(shù)值向量C”；實(shí)測(cè)計(jì)算得到所有支承索的兩個(gè)支承端點(diǎn)的空間坐標(biāo)，兩個(gè)支承端點(diǎn)的空間坐標(biāo)在水平方向分量的差就是兩個(gè)支承端點(diǎn)水平距離；

i.定義待求的被評(píng)估對(duì)象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d_c和當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d；向量d_o、d_c和d的元素個(gè)數(shù)等于被評(píng)估對(duì)象的數(shù)量，d_o、d_c和d的元素和被評(píng)估對(duì)象之間是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，d_o、d_c和d的元素?cái)?shù)值代表對(duì)應(yīng)被評(píng)估對(duì)象的損傷程度或廣義位移、或與松弛程度力學(xué)等效的損傷程度；

j.依據(jù)“被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前數(shù)值向量C”同“被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量C_o”、“索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測(cè)量單位變化矩陣ΔC”和“被評(píng)估對(duì)象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d_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d_c外的其它量均為已知，求解式1就可以算出被評(píng)估對(duì)象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d_c；

C＝C_o+ΔC·d_c????式1

k.利用式2表達(dá)的當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d的元素d_j同初始健康狀態(tài)向量d_o的元素d_oj和被評(píng)估對(duì)象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d_c的元素d_cj間的關(guān)系，計(jì)算得到當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d的所有元素，

d_i＝1-(1-d_oi)(1-d_ci)????式2

式2中i＝1，2，3，……，N；

由于當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d的元素?cái)?shù)值代表對(duì)應(yīng)被評(píng)估對(duì)象的當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)，如果該被評(píng)估對(duì)象是索系統(tǒng)中的一根索，那么該元素表示其當(dāng)前實(shí)際損傷，如果該被評(píng)估對(duì)象是一個(gè)支座的一個(gè)廣義位移分量，那么該元素表示其當(dāng)前廣義位移數(shù)值；當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d的元素?cái)?shù)值為0時(shí)，表示對(duì)應(yīng)的支承索無(wú)損傷無(wú)松弛、或?qū)?yīng)的支座廣義位移分量為0，不為0的元素對(duì)應(yīng)于有問(wèn)題的支承索或有廣義位移的支座；由此確定了有問(wèn)題的支承索，確定了支座廣義位移；

l.從第k步中識(shí)別出的有問(wèn)題的支承索中，通過(guò)無(wú)損檢測(cè)方法鑒別出受損索，剩下的就是松弛索；

m.從當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d中取出支承索對(duì)應(yīng)的元素組成支承索當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d^c，支承索當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d^c有Q個(gè)元素，表示Q根支承索的當(dāng)前實(shí)際損傷值，d^c元素的編號(hào)規(guī)則與向量F_o的編號(hào)規(guī)則相同，即d^c和F_o相同編號(hào)的元素表示相同支承索的信息；

n.利用在第m步獲得的支承索當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d^c得到松弛索的當(dāng)前實(shí)際損傷程度，利用在第h步獲得的當(dāng)前索力向量F，利用在第h步獲得的所有支承索的兩個(gè)支承端點(diǎn)的空間坐標(biāo)，利用在第e步獲得的初始自由長(zhǎng)度向量I_o，利用在第e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(guò)將松弛索同受損索進(jìn)行力學(xué)等效來(lái)計(jì)算松弛索的、與當(dāng)前實(shí)際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(wú)松弛和無(wú)損傷時(shí)的初始自由長(zhǎng)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(zhǎng)相同；滿足上述兩個(gè)等效條件時(shí)，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(huì)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(zhǎng)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(zhǎng)調(diào)整量；這樣就實(shí)現(xiàn)了支承索的松弛識(shí)別；計(jì)算時(shí)所需索力由當(dāng)前索力向量F對(duì)應(yīng)元素給出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混合監(jiān)測(cè)識(shí)別受損索松弛索支座廣義位移的方法，其特征在于在步驟g中，在力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型A_o的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次力學(xué)計(jì)算，通過(guò)計(jì)算獲得索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測(cè)量單位變化矩陣ΔC的具體方法為：

g1.在索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型A_o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；每一次計(jì)算假設(shè)只有一個(gè)被評(píng)估對(duì)象在原健康狀態(tài)的基礎(chǔ)上再增加有單位損傷或單位廣義位移，為敘述方便本發(fā)明合稱單位損傷和單位廣義位移為單位變化；具體的，如果該被評(píng)估對(duì)象是索系統(tǒng)中的一根支承索，那么就假設(shè)該支承索在原有健康狀態(tài)的基礎(chǔ)上再增加單位損傷，如果該被評(píng)估對(duì)象是一個(gè)支座的一個(gè)方向的廣義位移分量，就假設(shè)該支座在該廣義位移方向在原有健康狀態(tài)的基礎(chǔ)上再增加發(fā)生單位廣義位移，用D_ui記錄這一單位損傷或單位廣義位移，其中i表示發(fā)生單位損傷或單位廣義位移的被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)；每一次計(jì)算中出現(xiàn)單位損傷或單位廣義位移的被評(píng)估對(duì)象不同于其它次計(jì)算中出現(xiàn)單位損傷或單位廣義位移的被評(píng)估對(duì)象，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(cè)量的當(dāng)前計(jì)算值，每一次計(jì)算得到的所有被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前計(jì)算值組成一個(gè)被監(jiān)測(cè)量計(jì)算當(dāng)前向量；

g2.每一次計(jì)算得到的被監(jiān)測(cè)量計(jì)算當(dāng)前向量減去被監(jiān)測(cè)量初始向量后再除以該次計(jì)算所假設(shè)的單位損傷或單位廣義位移數(shù)值，得到一個(gè)被監(jiān)測(cè)量變化向量，有N個(gè)被評(píng)估對(duì)象就有N個(gè)被監(jiān)測(cè)量變化向量；

g3.由這N個(gè)被監(jiān)測(cè)量變化向量依次組成有N列的索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測(cè)量單位變化矩陣ΔC；索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測(cè)量單位變化矩陣ΔC的每一列對(duì)應(yīng)于一個(gè)被監(jiān)測(cè)量變化向量。