[發(fā)明專利]支座廣義位移時空間坐標監(jiān)測的索系統(tǒng)的遞進式健康監(jiān)測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110145666.2
• 申請日: 2011-05-31
• 公開（公告）號: CN102252864A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓玉林;吳志友
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種支座廣義位移時空間坐標監(jiān)測的索系統(tǒng)的遞進式健康監(jiān)測方法，其特征

是該方法包括：

a.設(shè)共有N根索，首先確定索的編號規(guī)則，按此規(guī)則將索結(jié)構(gòu)中所有的索編號，該編號在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣；

b.確定指定的將被監(jiān)測空間坐標的被測量點，給所有指定點編號；確定過每一測量點的將被監(jiān)測的空間坐標分量，給所有被測量空間坐標分量編號；上述編號在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣；“結(jié)構(gòu)的全部被監(jiān)測的空間坐標數(shù)據(jù)”由上述所有被測量空間坐標分量組成；為方便起見，在本發(fā)明中將“結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測的空間坐標數(shù)據(jù)”稱為“被監(jiān)測量”；測量點的數(shù)量不得小于索的數(shù)量；所有被測量空間坐標分量的數(shù)量之和不得小于索的數(shù)量；

c.利用索的無損檢測數(shù)據(jù)等能夠表達索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)建立索系統(tǒng)初始損傷向量d¹_o；如果沒有索的無損檢測數(shù)據(jù)及其他能夠表達索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)時，或者可以認為結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)為無損傷狀態(tài)時，向量d¹_o的各元素數(shù)值取0；本步中d¹_o的上標1表示第一次循環(huán)，關(guān)于循環(huán)次數(shù)的表示方法在步驟f中具體說明；

d.在建立索系統(tǒng)初始損傷向量d¹_o的同時，直接測量計算得到索結(jié)構(gòu)的所有指定的被監(jiān)測量，組成“被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量C¹_o”；本步中C¹_o的上標1表示第一次循環(huán)，關(guān)于循環(huán)次數(shù)的表示方法在步驟f中具體說明；

e.在建立索系統(tǒng)初始損傷向量d¹_o和被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量C¹_o的同時，實測得到索結(jié)構(gòu)的所有索的初始索力數(shù)據(jù)，實測得到索結(jié)構(gòu)的初始幾何數(shù)據(jù)；

f.建立索結(jié)構(gòu)的初始力學(xué)計算基準模型A_o，建立初始索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標向量U_o，建立第一次循環(huán)開始時需要的索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算基準模型A¹；本步中A¹的上標1表示第一次循環(huán)；依據(jù)索結(jié)構(gòu)竣工之時的索結(jié)構(gòu)的實測數(shù)據(jù)，該實測數(shù)據(jù)包括索結(jié)構(gòu)形狀數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、拉桿拉力數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)模態(tài)數(shù)據(jù)等實測數(shù)據(jù)，索的無損檢測數(shù)據(jù)等能夠表達索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)，依據(jù)設(shè)計圖和竣工圖，利用力學(xué)方法建立索結(jié)構(gòu)的初始力學(xué)計算基準模型A_o；如果沒有索結(jié)構(gòu)竣工之時的結(jié)構(gòu)的實測數(shù)據(jù)，那么就在建立健康監(jiān)測系統(tǒng)前對該索結(jié)構(gòu)進行實測，同樣得到索結(jié)構(gòu)的實測數(shù)據(jù)，根據(jù)此數(shù)據(jù)和索結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖、竣工圖，同樣利用力學(xué)方法建立索結(jié)構(gòu)的初始力學(xué)計算基準模型A_o；不論用何種方法獲得A_o，基于A_o計算得到的索結(jié)構(gòu)計算數(shù)據(jù)必須非常接近其實測數(shù)據(jù)，其間的差異不得大于5％；對應(yīng)于A_o的索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標數(shù)據(jù)組成初始索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標向量U_o；A_o和U_o是不變的，只在第一次循環(huán)開始時建立；第i次循環(huán)開始時建立的索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算基準模型記為Aⁱ，其中i表示循環(huán)次數(shù)；本發(fā)明的申請書中字母i除了明顯地表示步驟編號的地方外，字母i僅表示循環(huán)次數(shù)，即第i次循環(huán)；因此第一次循環(huán)開始時建立的索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算基準模型記為A¹，本發(fā)明中A¹就等于A_o；為敘述方便，命名“索結(jié)構(gòu)當(dāng)前力學(xué)計算基準模型A^ti_o”，在每一次循環(huán)中A^ti_o根據(jù)需要會不斷更新，每一次循環(huán)開始時，A^ti_o等于Aⁱ；同樣為敘述方便，命名“索結(jié)構(gòu)實測支座廣義坐標向量U^ti”，在每一次循環(huán)中，不斷實測獲得索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標當(dāng)前數(shù)據(jù)，所有索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標當(dāng)前數(shù)據(jù)組成當(dāng)前索結(jié)構(gòu)實測支座廣義坐標向量U^ti，向量U^ti的元素與向量U_o相同位置的元素表示相同支座的相同方向的廣義坐標；為敘述方便起見，對于第i次循環(huán)，將上一次更新A^ti_o時的索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標當(dāng)前數(shù)據(jù)記為當(dāng)前索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標向量U^ti_o；第一次循環(huán)開始時，A^t1_o等于A¹，U^t1_o等于U_o；支座廣義坐標包括線量和角量兩種；

g.實測獲得索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標當(dāng)前數(shù)據(jù)，所有索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標當(dāng)前數(shù)據(jù)組成當(dāng)前索結(jié)構(gòu)實測支座廣義坐標向量U^ti，根據(jù)當(dāng)前索結(jié)構(gòu)實測支座廣義坐標向量U^ti，在必要時更新索結(jié)構(gòu)當(dāng)前力學(xué)計算基準模型A^ti_o和當(dāng)前索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標向量U^ti_o；

h.在索結(jié)構(gòu)當(dāng)前力學(xué)計算基準模型A^ti_o的基礎(chǔ)上進行若干次力學(xué)計算，通過計算獲得索結(jié)構(gòu)單位損傷被監(jiān)測量變化矩陣ΔCⁱ名義單位損傷向量Dⁱ_u；

i.實測得到索結(jié)構(gòu)的所有指定被監(jiān)測量的當(dāng)前實測數(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；

j.定義索系統(tǒng)當(dāng)前名義損傷向量dⁱ_c和當(dāng)前實際損傷向量dⁱ，損傷向量的元素個數(shù)等于索的數(shù)量，損傷向量的元素和索之間是一一對應(yīng)關(guān)系，損傷向量的元素數(shù)值代表對應(yīng)索的損傷程度或健康狀態(tài)；

k.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)測量變化矩陣ΔCⁱ”和“當(dāng)前名義損傷向量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)前名義損傷向量dⁱ_c；

Ci=Coi+ΔCi·dci]]>式1

l.利用式2表達的當(dāng)前實際損傷向量dⁱ同初始損傷向量dⁱ_o和當(dāng)前名義損傷向量dⁱ_c的元素間的關(guān)系，計算得到當(dāng)前實際損傷向量dⁱ的所有元素。

dji=1-(1-doji)(1-dcji)]]>式2

式2中j＝1，2，3，……，N。

由于當(dāng)前實際損傷向量dⁱ的元素數(shù)值代表對應(yīng)索的損傷程度，所以根據(jù)當(dāng)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(xiàn)了索結(jié)構(gòu)中索系統(tǒng)的健康監(jiān)測；若當(dāng)前實際損傷向量的某一元素的數(shù)值為0，表示該元素所對應(yīng)的索是完好的，沒有損傷的；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；

m.在求得當(dāng)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；

Fi=F1iF2i···Fji···FNiT]]>式3

Fji=0,ifdcji<Duji1,ifdcji≥Duji]]>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(tǒng)當(dāng)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(guān)信息，式4中j＝1，2，3，……，N；

n.如果標識向量Fⁱ的元素全為0，則回到步驟g繼續(xù)本次循環(huán)；如果標識向量Fⁱ的元素不全為0，則進入下一步、即步驟o；

o.根據(jù)式5計算得到下一次、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；

doji+1=1-(1-doji)(1-DujiFji)]]>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(tǒng)當(dāng)前名義損傷向量dⁱ_c的第j個元素，F(xiàn)ⁱ_j是標識向量Fⁱ的第j個元素。式5中j＝1，2，3，……，N；

p.在索結(jié)構(gòu)當(dāng)前力學(xué)計算基準模型A^ti_o的基礎(chǔ)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(huán)所需的力學(xué)計算基準模型Aⁱ⁺¹，即對力學(xué)計算基準模型進行了更新；

q.通過對力學(xué)計算基準模型Aⁱ⁺¹的計算得到對應(yīng)于模型Aⁱ⁺¹的結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測量的數(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.建立下一次、即第i+1次循環(huán)所需的索結(jié)構(gòu)當(dāng)前力學(xué)計算基準模型A^ti+1_o，即取A^ti+1_o等于Aⁱ⁺¹；

s.建立下一次、即第i+1次循環(huán)所需的當(dāng)前索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標向量U^ti+1_o，即取U^ti+1_o等于U^ti_o；

t.回到步驟g，開始下一次循環(huán)。