[發明專利]結構健康監測傳感器的布置方法

在審

• 申請號: 201810622108.2
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108920784A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 楊秋偉;王偉;李娜
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F17/16
• 代理公司: 紹興市知衡專利代理事務所(普通合伙) 33277
• 代理人: 李敏

本申請涉及一種結構健康監測傳感器的布置方法，屬于適用于特定領域數據處理方法技術領域。建立結構有限元模型，獲得結構剛度矩陣，根據剛度矩陣和柔度矩陣互逆的關系，獲得結構柔度矩陣，設結構中各構件出現嚴重程度相同的損傷量，計算各構件所對應的柔度改變量；依次計算結構在所承擔的恒荷載向量以及該向量作用下各構件所對應的變形能改變量，依次計算各構件所對應的重要性系數并排序，確定關鍵構件；在關鍵構件上布置傳感器。將本申請應用于結構健康監測，具有計算過程簡潔、用量少、操作便捷等優點。

技術領域

本申請涉及一種結構健康監測傳感器的布置方法，屬于適用于特定領域數據處理方法技術領域。

背景技術

工程結構在服役期間，由于材料老化、環境腐蝕、外力碰撞等因素都可能導致結構出現損傷狀況，結構的早期損傷若不能得到及時監測和維修，將可能造成嚴重的生命和財產損失(楊秋偉，劉濟科.工程結構損傷識別的柔度方法研究進展.振動與沖擊，2011，30(12):147-153)。因此，必須采用技術手段對結構的健康工作狀況予以監測，才可以及時進行維修加固避免災難性的后果發生。

目前，已經有許多種健康監測或損傷識別方法，如：CN 101281117、CN 102052935A、CN 101915733A以及CN 102998367A，這些專利通過在結構上布置靜力位移或振動傳感器，根據采集的參數變化來評估結構是否健康工作。然而，由于測量設備和成本的限制，不可能在結構上密集布置傳感器，而只能布置少數的傳感器，這必然涉及到傳感器的優化布置問題。雖然已經有不少傳感器優化布置方法被提出來，如張連振等發表的文章《基于多目標遺傳算法的傳感器優化布點研究》(工程力學，2007，24(4)，p168-172)、黃民水等發表的《基于改進遺傳算法的橋梁結構傳感器優化布置》(振動與沖擊，2008，27(3)，p82-86)以及袁愛民等發表的《基于EI及MAC混合算法的斜拉橋傳感器優化布置》(振動、測試與診斷，2009，29(1)，p55-59)，但這些方法基本上都是由振動控制領域的相關方法改進而來，并不十分適合于健康監測，且計算過程比較復雜。另外，不同的恒載作用下，傳感器的布置方案也必然不同，目前的傳感器布置方法都沒有考慮恒載作用方式的影響。

基于此，做出本申請。

發明內容

針對現有結構健康檢測技術中所存在的上述缺陷，本申請提供一種恒載作用下的結構健康監測傳感器的優化布置方法，該方案不僅能夠考慮恒載作用方式的影響，且計算過程簡潔。

為實現上述目的，本申請采取的技術方案如下：

結構健康監測傳感器的布置方法，包括以下步驟：(1)首先建立結構有限元模型，獲得結構剛度矩陣K；(2)對剛度矩陣K進行分解，把它分解為自由度關系矩陣X和剛度參數對角矩陣G的乘積形式，即K＝XGX^T；(3)根據剛度矩陣和柔度矩陣互逆的關系，獲得結構柔度矩陣的分解式F＝YRY^T；(4)假設結構中各構件出現嚴重程度相同的損傷量Λ_j，依次計算各構件所對應的柔度改變量△F_j＝YRΛ_jY^T；(5)依次計算結構在所承擔的恒荷載向量l作用下各構件所對應的變形能改變量△γ_j，即△γ_j＝l^T△F_jl；(6)依次計算各構件所對應的重要性系數其中△γ_max為所有△γ_j中的最大值；(7)把z_i按從大到小排序，大于等于某個預先設定的閾值(如0.2)的構件確定為關鍵構件；(8)按傳感器布置原則在關鍵構件上布置傳感器，而其它非關鍵構件上不需要布置傳感器。

進一步的，作為優選：

所述的初始結構有限元模型，可以由常用的有限元軟件來建立獲得，如Ansys和Matlab等軟件，這些軟件均可由市場購買得到；所述的初始結構剛度矩陣K，由各單元的剛度矩陣K_j求和得到：