[發明專利]基于不完全測量的三層基礎隔震系統快速損傷檢測方法

有效

• 申請號: 201310472905.4
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103528778A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 穆騰飛;周麗;李揚
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種基于不完全測量的三層基礎隔震系統快速損傷檢測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟A、根據三層基礎隔震系統的現場實際情況及理論要求，確定系統剪切方向上激勵點與振動響應測量點的位置；

步驟B、在選定系統測量點的剪切方向上布置加速度傳感器，構成傳感器網絡；

步驟C、在選定的激勵點上對系統進行有效激勵，與此同時測量其加速度響應數據；

步驟D、對步驟C所測得的加速度響應數據進行以下處理：

步驟D1、依據激勵點與測量點的布置方案，建立相對應的三層基礎隔震系統理論模型；

三層基礎隔震系統的基本運動方程如下：

mb000m1m100m2m2m20m3m3m3m3x..bx..·1x..2x..3+cb-c1000c1-c2000c2-c3000c3x.bx.1x.2x.3+kb-k1000k1-k2000k2-k3000k3zx1x2x3=-Ambm1m2m3x..A+BfBCfCDfDEfE]]>

其中，

z.=x.1-β|x.1||z|n-1z-γx.1|z|n]]>

式中，x、和分別為線性位移、速度和加速度，為加速度激勵，f為力激勵，z為遲滯位移，β、γ和n為遲滯參數，A、B、C、D、E為激勵選取系數，為遲滯位移對時間的導數；

在此基本運動方程的基礎上，根據算法運動方程形式M‾x‾..(t)+Cx.(t)+Kx(t)=F*(t)-M*x..*(t)]]>和瞬時剛度阻尼理論改進方程C=a_iK，獲得相對應于不同激勵點與測量點布置方案的理論模型，其中算法運動方程中M、C、K分別為質量、阻尼、剛度矩陣，和分別為已知相對加速度響應數據和相關自由度上未知相對加速度響應數據，在計算中需轉換為絕對加速度響應數據a，F^*為系統所受的未知激勵，即基礎加速度激勵或單點集中力激勵，其中瞬時剛度阻尼理論改進方程中a_i=2ξ_i/ω_i，ξ_i為阻尼比，ω_i為固有頻率；

步驟D2、在三層基礎隔震系統理論模型的基礎上，推導數據分析中所需要的相關矩陣，為計算過程賦予初始值，進而基于加速度響應數據進入遞推求解過程，得到系統的結構參數信息；

(1)，需為計算過程中的相關量X=xTx.TT,]]>Y＝[f^*T?-x^*T]^T，Z=[k_b?k₁?k₂?k₃]^T，S和Q賦予初始值，作為遞推算法運行的啟動項，其中，X為與位移和速度相關的量，Y為與未知輸入和未知加速度響應數據相關的量，Z為算法最終需要求解的剛度矩陣，S為計算過程中的增益，Q為與噪聲相關的量；

(2)，基于所推導的三層基礎隔震系統理論模型和所賦予的初始值，對測量得到的加速度響應信息進行逐點數據處理，算法過程如下：

首先，導入測量獲得的加速度響應數據：

a_k+1=[a_A,k+1?a_B,k+1?a_C,k+1?a_D,k+1?a_E,k+1]

其次，算法按照下述公式順序進入循環遞推過程，完成剛度的計算：

X^k+1|k=X^k|k+∫kΔt(k+1)ΔtX.(X^t|k,Y^k|k*,Z^k)dt]]>

a^k+1=ak+1(X^k+1|k,Y^k|k*,Z^k)]]>

Uk+1=[∂a^k+1/∂Z^k],Vk+1=[∂a^k+1/∂Y^k|k*]]]>

Sk=(I+GkVkFkVkTQTUk)(I+GkUk)Sk-1]]>

Gk+1=SkUk+1T[Q+Uk+1SkUk+1T]-1]]>

Y^k+1|k+1=[Vk+1TQ-1(I-Uk+1Gk+1)Vk+1]-1Vk+1|kTQ-1(I-Uk+1Gk+1)(ak+1-a^k+1+Vk+1Y^k|k*)]]>

Z^k+1=Z^k+Gk+1[ak+1-a^k+1-Vk+1(Y^k+1|k+1*-Y^k|k*)]]]>

式中，k為采樣點，t為采樣時間，Δt為采樣時間間隔，為求導運算符號，U和V為運算中間量，I為單位矩陣，G為運算中間增益，為最終所需要求解的目標值，即計算得到的系統剛度值，和是為了計算所需要的過程量，即為X的估計量，為Y的估計量；

步驟E：將計算得到的實際結構參數信息與三層基礎隔震系統在完好狀態下的參數信息進行比較，確定三層基礎隔震系統是否存在損傷，并可以檢測出損傷的位置及程度，計算損傷指標；

損傷指標如下：

D_i＝|1-k_i/k_i,0|

式中，D_i的數值表示損傷的程度，即剛度下降比例；當系統某部位沒有發生損傷時，D_i＝0；當系統某部位完全破壞時，D_i＝1。