[發明專利]一種軸向功能梯度梁的損傷識別方法

在審

• 申請號: 201710517851.7
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107357980A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 譚棟;呂中榮
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及結構健康檢測損傷識別技術領域，更具體地，涉及一種軸向功能 梯度梁的損傷識別方法。

背景技術

伴隨著我國社會的高速發展，各式各樣的工程設施數量不斷增長，大規模復 雜建筑拔地而起。在這些結構和基礎設施服役期間，由于環境荷載的作用、腐蝕、 材料老化等不利因素的影響，隨著時間的推移，將不可避免地積累結構疲勞和產 生損傷。如果對這些損傷置之不理，一旦結構關鍵部位的損傷積累到一定程度， 損傷將會迅速擴展，進而導致整個結構的破壞。由于未能及時發現結構而造成的 悲劇不勝枚舉，不僅會帶來重大的經濟損傷，更會對人民的生命造成威脅。所以， 對結構的健康狀況進行檢測評估，已成為結構服役期間的必然需求。

檢測結構損傷的方法多種多樣。從最初的用肉眼觀察到現在用高科技儀器， 如超聲波、紅外線等，這些技術已廣泛地應用于工程實際之中。在各種各樣的方 法中，基于結構振動特性的損傷識別技術得到了最廣泛的研究?；诮Y構振動特 性的損傷識別技術的基本思想是：局部損傷必然引起結構動力特征變化。如果按 照所用數據進行分類，還能細分為兩類：靜態識別技術和動態識別技術。

對于靜態識別技術，就是應用靜態測量數據來進行損傷識別。由于靜力平衡 方程只涉及結構剛度，因此識別目標比較明確。而且靜力測量數據比較容易獲取， 測量誤差也很小。但是就目前的靜力識別技術，大多存在算法過程復雜、計算量 大或精度不足等問題。而對于動態識別技術，就是應用動力系統中的各種參數來 進行損傷識別。目前主要技術方向有頻域和時域兩種。頻域方向的技術主要應用 動力系統中的頻率、振型、模態曲率或頻響函數等；時域方向的技術主要應用到 動力系統的速度、加速度、位移響應。動態識別技術的優勢在于能用于識別的參 數非常多且方法豐富，而其劣勢在于所需測量數據量較大且容易受噪聲影響等。

近些年來，由于工程、科技上的各種需求，各種材料如雨后春筍般出現，而 功能梯度材料由于其具有良好的熱學和力學性質，故被越來越廣泛地應用到了航 天、工程等領域中。而作為結構中的一環，功能梯度梁也難免會出現疲勞、損傷 等情況，對其進行損傷識別，也成為了工程研究中非常重要的一部分。

文獻“基于靜力響應的橋梁結構損傷識別(國外建材科技，2006，27(2)， 105～107)”介紹了一種識別橋梁結構的方法。該方法運用靜力測量數據，并通過 進一步求解損傷控制方程來得到識別結果，但在損傷程度增加及損傷數大的情況 下識別偏差較大，且容易出現誤判，求解方程時會遇到計算量大的問題。而文獻 “結構損傷識別的柔度靈敏度方法(中山大學學報，2010，49(1)，16～19)”提 出了一種基于振動模態的模型修正方法。該方法通過Neumann級數展開來推導 結構柔度矩陣關于單元剛度損傷參數的靈敏度公式，以此建立結構的損傷識別方 程，能得到較好的識別結果。然而由于應用到模態數據，對測點數量有一定的要 求，在使用不完整模態的情況下精度有所降低。同樣，由于沒有對損傷位置先做 預測，會造成識別效率較低、損傷誤判等問題。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷，提供一種軸向功能梯度梁 的損傷識別方法。該方法是利用殘余力向量對軸向功能梯度梁結構損傷進行定位， 之后用包含混合靈敏度矩陣的靈敏度法對損傷程度進行識別。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種軸向功能梯度梁的損傷識別方法，包括以下步驟：

1)用有限元方法將軸向功能梯度梁結構進行簡化建模，并把結構劃分為nel 個單元；

2)提取損傷結構的頻率和模態，根據如下所示的式子得到損傷后結構的殘 余力向量f_i，對應得到RFV值：

其中ω_di,V_di分別為損傷結構第i階測量得到的頻率和振型數據，K，M分 別為結構完好狀態下的剛度矩陣及質量矩陣；

比較f_i所對應各節點的值，在局部RFV值不等于零的節點所對應的單元， 定義為有可能出現損傷的可疑單元，共有n個可疑單元，并將其損傷參數初值設 為α_i＝1，i＝1,2,…,n，α＝{α₁,α₂,…,α_n}；