[發明專利]一種混凝土壩損傷場演化狀態的預警方法

有效

• 申請號: 201310044199.3
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103114554A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 蘇懷智;顧沖時;王校利;楊孟;李金友;胡江;歐斌;秦鵬;傅兆慶
• 申請（專利權）人: 河海大學;南京河海科技有限公司
• 主分類號: E02B3/04
• 分類號: E02B3/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 繆友菊

1.一種混凝土壩損傷場演化狀態的預警方法，其特征在于，按如下步驟進行：

（1）構建基于熵的損傷場指示變量

選取混凝土壩的應力應變計測點，在測點上設置應變計，通過應力應變計采集應變測值，同時記錄測點的位置坐標和監測的時間，依據測點的位置坐標和應變測值，計算出壩體損傷場的各個測點損傷度和總損傷度，構建基于熵的損傷場指示變量，系統的熵定義為：H＝F(D,D_i,L,T)，式中：D為壩體損傷場的總損傷度，D_i為系統各個測點的損傷度，L為測點的位置坐標，T為監測的時間；

（2）計算損傷場指示變量

根據應力應變計測點的監測資料采用指數函數模型計算各測點的損傷度D_i，D₀為初始損傷值，D_f為損傷閾值，即峰值應變ε_f對應的損傷值，構建出壩體局部區域的損傷場，定義壩體損傷場的信息熵為：

式中，D_i為各測點的損傷度，i＝1,2,……n；D為各測點的損傷度D_i的加權迭加；λ_i≥0(i＝1，2，...n)表示第i個測點的損傷值在系統總損傷中所占的份額，即λ_i＝D_i/D(i＝1,2,...,n)；

（3）依據步（2）計算得到的損傷場指示變量時間序列，基于尖點突變模型，求解熵變指標的突變特征值

設系統的狀態由m個狀態變量x₁,x₂，...,x_m來表示，外界控制條件由r個控制變量u₁,u₂，...,u_r表征，則系統的動力學性質由下述勢函數來描述：

P(x)＝f(x₁,x₂，...,x_m,u₁,u₂，...,u_r)＝f(x,u)，u₁,u₂，...,u_r構成r維控制空間，而x₁,x₂，...,x_m,u₁,u₂，...,u_r構成m+r維相空間；

根據截斷代數可對P(x)的Taylor級數展開式f_u(x)進行k次截斷，記為忽略高次項，得到

P(x)=·fu(x)‾k=Σr=0k1r!Drfu|0xr,]]>式中：f_u(x)＝f(x,u)；

由分類定理知，若P(x)為無限次連續可導的光滑函數，那么，DP(x)＝0，R^m+r中的微分流形M為：∂P∂x1=0,...,∂P∂xm=0;]]>

奇點集S是M的一個子集，對應于將會發生突變體系的平衡狀態，S在控制空間R^r中的投影為分叉集B，在M的任意點上，B關于P(x)所受到的攝動是局部穩定的，在非臨界點和非退化臨界點不是突變的形式，在退化臨界點附近為突變的形式；

正則尖點突變的標準勢函數為：

對標準勢函數求導，并令即：Z³+uZ+v＝0；

因此，即奇點集S的方程為：分叉集B的方程為：27v²+4u³＝0；

根據突變理論，選取如下尖點突變平衡曲面方程為：Z³+uZ+v＝0，式中的控制參數u、v隨著時間變化，為時間變量t的連續可導函數，即u＝u(t)，v＝v(t)；

（4）依據步驟（3）確定的熵變指標突變特征值作為控制準則來判斷損傷場的演化情況

建立一個連續函數H_j＝f(D_j)來表示系統熵值H_j(m)隨損傷值D_j的變化規律，將此函數進行泰勒級數展開至5次項：Hj=f(Dj)=Σi=04aiDji]]>其中，ai=∂if∂Dji|D=0,]]>

令則上式的尖點突變的標準勢函數形式：H_j′＝x⁴+ux²+vx+ω式中：Hj′=Hja4;]]>u=a2a4-3a328a42;]]>v=a1a4-a2a32a42+a338a43;]]>ω為常數；

突變特征值Δ＝4u³+27v²，Δ＞0時，損傷場總是處于穩定狀態；Δ＝0時，損傷場處于臨界狀態，外界微小的干擾有可能造成破壞；Δ＜0時，損傷場發生突變，遠離平衡態，發出預警。