[發明專利]一種基于PVDF傳感器與應變模態的結構損傷識別實驗方法

在審

• 申請號: 201810305428.5
• 申請日: 2018-04-08
• 公開（公告）號: CN108802176A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 彭偉強;范藝諾;胡大士;杜海越;崔洪宇;徐鑫;洪明
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

1.一種基于PVDF傳感器與應變模態的結構損傷識別實驗方法，其特征在于以下步驟：

(1)將實驗結構安裝或固定在實驗臺之后，選擇實驗結構某一位置作為激勵點，采用激振設備施加激勵；將壓電薄膜傳感器均勻粘貼在實驗結構上，測量結構各測點的響應信號，選擇距離激振點較近且響應信號幅值較大的響應點作為參考點；在參考點及反應板結構振型的各幾何模型節點布置響應測點；

(2)采用壓電薄膜傳感器及動態信號采集設備，采集施加環境激勵后各壓電薄膜傳感器的響應信號；

(3)信號預處理，采用平均技術對采集的響應數據進行平均處理，去除均值；

(4)求取參考點響應數據與其他測點響應數據的互相關函數；利用自然激勵技術，根據任意兩點響應的互相關函數的表達式與單點脈沖激勵的結構上任意一點的脈沖響應函數具有相似的數學表達式，并采用應變響應的互相關函數矩陣近似代替應變響應的脈沖響應函數矩陣，獲得參考點與響應點的近似脈沖響應矩陣；

(5)采用特征系統實現算法，利用得到的脈沖響應矩陣構建廣義Hankel矩陣，再根據奇異值分解方法得到振動系統的最小實現，從而得到最小階數的系統矩陣；

(6)對求得的系統矩陣進行特征值分解，獲得結構的模態參數與模態振型；

(7)通過模態幅值相干系數MAC和模態相位共線性系數MPC，驗證模態參數識別精確度，排除噪聲模態的影響；若MAC與MPC遠小于1，且趨近于0，則不滿足精度要求，需選取不同時刻的采樣數據，返回步驟(3)，重新進行模態參數識別，直到模態參數結果滿足精度要求；若MAC與MPC接近1，則得到的模態參數的精確度高；

(8)跟進步驟(1)-(7)獲得有損與無損結構的模態參數，識別二維結構的損傷，其中損傷指標的最大值區域即為結構的損傷位置。

2.根據權利要求1所述的一種基于PVDF傳感器與應變模態的結構損傷識別實驗方法，其特征在于，所述步驟(5)的特征系統實現算法ERA以多輸入多輸出得到的脈沖響應函數為基本模型，通過構造廣義上的Hankel矩陣，最終得到最小階數的系統矩陣，以此為基礎進一步可識別系統的模態參數；模態識別過程如下：

5.1)構造Hankel矩陣

設已獲得離散化結構的應變脈沖響應函數矩陣為[h_ε(k)]，以此構造廣義Hankel矩陣：

其中，h(k)＝m×r為應變脈沖響應矩陣，r為輸入通道數量,m為輸出通道數量；k為離散采樣點；α為矩陣行數，β為矩陣列數；

5.2)奇異值分解Hankel矩陣

當k＝1，得到H(0)，并對其做奇異值分解：

H(0)＝RΣS^T (6)

其中，R和S均為正交陣，Σ_n＝diag[σ₁,σ₂,…σ_n]，σ_i為奇異值；

5.3)構造最小實現

對奇異值分解后的Hankel矩陣做一系列的推導變換，得到系統的最小實現：

其中，E_r＝[I_r0_r…0_r],E_m＝[I_m0_m…0_m]，為系統的最小實現；

5.4)采用矩陣和求解結構的應變模態參數。