[發(fā)明專利]一種無基準(zhǔn)數(shù)據(jù)條件下的梁式結(jié)構(gòu)裂縫損傷識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810255498.4
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108549847B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉飛;馬琨;吳加權(quán);張馨予;肖馳
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種無基準(zhǔn)數(shù)據(jù)條件下的梁式結(jié)構(gòu)裂縫損傷識別方法，屬于橋梁結(jié)構(gòu)健康診斷技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采集梁的動態(tài)響應(yīng)信號Si_j，進(jìn)行傅里葉變換得到動態(tài)響應(yīng)信號頻譜，找出一階振動信號的對應(yīng)頻點(diǎn)；根據(jù)二進(jìn)制小波變換的頻段劃分方法確定一階振動信號所在頻段的上限頻率f_h及下限頻率f_l，構(gòu)建諧波小波基函數(shù)頻域表達(dá)式；對Si_j進(jìn)行諧波小波包變換，提取一階振動信號分別找出中所有的波峰和波谷，采用三次樣條擬合方式，計算波峰包絡(luò)線l_c和波谷包絡(luò)線l_t；將l_c和l_t的縱坐標(biāo)數(shù)據(jù)代入損傷指標(biāo)計算公式，計算D_j；將D_j畫在同一幅圖中，若k測點(diǎn)處的D_j為峰值即k測點(diǎn)處為損傷所在處且峰值與谷值連線的斜率越大，損傷越大。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無基準(zhǔn)數(shù)據(jù)條件下的梁式結(jié)構(gòu)裂縫損傷識別方法，屬于橋梁結(jié)構(gòu)健康診斷技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

橋梁在現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)中扮演著重要的角色。特別是在新修建的高速公路與鐵路中，不但橋梁所占比例越來越高，而且各種特大型橋梁不斷出現(xiàn)。然而，在日常荷載、腐蝕、材料老化等因素的作用下，橋梁往往會發(fā)生不同程度的損傷從而使得結(jié)構(gòu)承載正常載荷及抵抗環(huán)境作用沖擊的能力下降，引發(fā)災(zāi)難性事故。因此，橋梁結(jié)構(gòu)的損傷的準(zhǔn)確檢測具有重要意義。

目前，常用的檢測方法分為靜態(tài)檢測和動態(tài)檢測。靜態(tài)檢測多為局部探傷法，這類檢測方法存在著成本高、工作量大、不適用于大型橋梁結(jié)構(gòu)等問題。動態(tài)檢測主要是通過分析結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)從而發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體的參量變化進(jìn)而完成損傷的識別。動態(tài)檢測又分為有模型方法和無模型方法兩大類。有模型方法如：基于有限元分析的模型修正法、基于非線性動力學(xué)系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、基于概率搜索的遺傳算法及以集群迭代算法計算結(jié)構(gòu)模型參數(shù)最優(yōu)解的群智能優(yōu)化算法等。這類方法均需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行大量的計算，這使得其在實(shí)際應(yīng)用中受到了制約。無模型法主要指結(jié)合了振動理論、系統(tǒng)識別理論、信號采集與分析理論等跨學(xué)科的整體分析方法。無模型法分為頻域方法、時域方法和時頻域方法。頻域方法中常用的方法包括：曲率模態(tài)法、模態(tài)置信因子法、模態(tài)應(yīng)變能法、柔度矩陣法、頻響函數(shù)法等；時域方法包括：MA(Moving average)法、AR(autoregressive)法、ARMA(autoregressive moving average)法等；時頻域方法包括：傅里葉譜分析、小波變換法和希爾伯特-黃變換法。這些無模型方法雖然各有優(yōu)劣，但都需要一個共同的前提條件。就是在損傷識別過程中，需要未損傷橋梁結(jié)構(gòu)的精確有限元模型或者試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為對比分析的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。最后，通過對比基準(zhǔn)數(shù)據(jù)與有損傷梁的計算結(jié)果問的差異來確定損傷情況。然而，現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)中絕大部分是沒有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的，因此，找到一種不依賴早期資料的損傷識別方法十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)在損傷識別方法中存在的無基準(zhǔn)數(shù)據(jù)、模型精度要求高、計算量大等問題，本發(fā)明提供一種無基準(zhǔn)數(shù)據(jù)條件下的梁式結(jié)構(gòu)裂縫損傷識別方法。本發(fā)明方法通過諧波小波包變換對信號進(jìn)行分解，提取出低階振動信號；然后計算提取后信號的波峰及波谷的包絡(luò)線；接著，利用包絡(luò)線計算損傷指標(biāo)；最后，通過對比由各測點(diǎn)數(shù)據(jù)計算出的損傷指標(biāo)的分布規(guī)律進(jìn)行裂縫的損傷定位及損傷程度判斷。

一種無基準(zhǔn)數(shù)據(jù)條件下的梁式結(jié)構(gòu)裂縫損傷識別方法，具體步驟如下：

(1)在梁上均勻布置n個測點(diǎn)，采集梁的動態(tài)響應(yīng)信號Si_j；

(2)對步驟(1)所得動態(tài)響應(yīng)信號Si_j進(jìn)行傅里葉變換得到動態(tài)響應(yīng)信號頻譜；

(3)從步驟(2)所得動態(tài)響應(yīng)信號頻譜中找出一階振動信號的對應(yīng)頻點(diǎn)；

(4)根據(jù)二進(jìn)制小波變換的頻段劃分方法確定步驟(3)一階振動信號所在頻段的上限頻率f_h及下限頻率f_l；