[發(fā)明專利]一種考慮噪聲影響的工程結(jié)構(gòu)柔度識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010084943.2
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111324949B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 伊廷華;薛銘圣;曲春緒;李宏男
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13;G06F111/10
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;隋秀文

本發(fā)明提供一種考慮噪聲影響的工程結(jié)構(gòu)柔度識別方法，利用確定?隨機(jī)子空間識別算法獲取橋梁沖擊測試中帶有噪聲干擾的輸入輸出信號在不同計(jì)算階次下的模態(tài)參數(shù)；然后利用穩(wěn)定圖方法，計(jì)算相鄰計(jì)算階次之間模態(tài)參數(shù)的相對偏差，將相對偏差小于預(yù)設(shè)閾值的模態(tài)標(biāo)為穩(wěn)定模態(tài)；利用穩(wěn)定圖判斷結(jié)構(gòu)模態(tài)階數(shù)并確定各階次對應(yīng)的模態(tài)參數(shù)；利用輸入輸出數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)以及頻響函數(shù)協(xié)方差矩陣；將各階模態(tài)參數(shù)作為初始值與實(shí)測的頻響函數(shù)一起構(gòu)建誤差函數(shù)，并利用頻響函數(shù)的協(xié)方差矩陣對誤差函數(shù)進(jìn)行加權(quán)；以模態(tài)參數(shù)為自變量，迭代求解誤差函數(shù)的極小值；利用迭代收斂后的模態(tài)參數(shù)值構(gòu)建結(jié)構(gòu)柔度矩陣，并達(dá)到預(yù)測結(jié)構(gòu)在任意靜載荷作用下位移的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于橋梁安全性檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種考慮噪聲影響的工程結(jié)構(gòu)柔度識別方法。

背景技術(shù)

基于振動信息的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)已在土木工程領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是提高工程結(jié)構(gòu)安全性，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的長壽命和可持續(xù)管理的最有效方法之一。通過結(jié)構(gòu)激勵(lì)荷載信息和響應(yīng)信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)識別的快速檢測技術(shù)是評估橋梁狀況的重要途徑。柔度作為結(jié)構(gòu)識別中的深層次參數(shù)，可以用來預(yù)測橋梁結(jié)構(gòu)在任意車輛荷載下的變形。結(jié)構(gòu)的變形信息直接反映了橋梁的剛度和承載能力信息。承載力評估是橋梁狀態(tài)評估的重要組成部分，也是橋梁維修，加固和技術(shù)改造的基礎(chǔ)。卡車載荷測試是評估橋梁承載能力的最常規(guī)方法，通過卡車在橋梁的不同位置施加不同水平的荷載并測量橋梁的應(yīng)變和撓度信息來分析和評估橋梁的承載能力信息。然而，卡車荷載測試實(shí)施起來十分復(fù)雜，且必須關(guān)閉待測橋梁，不可避免地影響交通。基于沖擊振動測試的快速檢測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，利用沖擊裝置激勵(lì)橋梁同時(shí)采集并處理分析沖擊信號和橋梁響應(yīng)信號。由于輸入已知，除了獲得橋梁的基本模態(tài)參數(shù)(頻率、阻尼和振型)還可以進(jìn)一步獲得結(jié)構(gòu)的柔度信息，可以有效地代替?zhèn)鹘y(tǒng)卡車荷載測試。

在基于沖擊振動測試的橋梁柔度識別中，準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識別是構(gòu)建精確的結(jié)構(gòu)柔度矩陣的關(guān)鍵。針對基于輸入輸出數(shù)據(jù)的柔度識別方法，已有許多學(xué)者展開了研究。在頻域方法中，Moon提出了一種改進(jìn)的PolyMAX方法，將頻響函數(shù)劃分為幾個(gè)窄的頻帶，分別進(jìn)行參數(shù)識別，最終構(gòu)建結(jié)構(gòu)柔度矩陣。Zhang J利用復(fù)模態(tài)指示函數(shù)法結(jié)合分塊測試技術(shù)來對結(jié)構(gòu)柔度進(jìn)行高效的識別。在時(shí)域方法中，Li PJ利用時(shí)域信號構(gòu)建漢克爾矩陣并通過確定隨機(jī)子空間方法識別結(jié)構(gòu)的柔度信息。有效地識別算法和沖擊設(shè)備提高了橋梁檢測效率，降低了橋梁檢測成本。然而，在實(shí)際測試中，采集的數(shù)據(jù)不可避免地會被噪聲所污染，影響柔度識別的精度，從而阻礙正確的橋梁承載能力評估。因此，克服柔度識別過程中的噪聲影響，是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種考慮噪聲影響的工程結(jié)構(gòu)柔度識別方法，解決實(shí)際橋梁測試中受噪聲干擾，柔度識別不準(zhǔn)確從而影響橋梁承載能力評估的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明首先利用確定-隨機(jī)子空間識別算法獲取橋梁沖擊測試中帶有噪聲干擾的輸入輸出信號在不同計(jì)算階次下的模態(tài)參數(shù)(頻率、阻尼、振型和模態(tài)縮放系數(shù))；然后利用穩(wěn)定圖方法，計(jì)算相鄰計(jì)算階次之間模態(tài)參數(shù)的相對偏差并設(shè)置偏差閾值，將相對偏差小于預(yù)設(shè)閾值的模態(tài)標(biāo)為穩(wěn)定模態(tài)；利用獲得的穩(wěn)定圖判斷結(jié)構(gòu)模態(tài)階數(shù)并確定各階次對應(yīng)的物理模態(tài)參數(shù)；利用輸入輸出數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)以及頻響函數(shù)協(xié)方差矩陣；將得到的各階物理模態(tài)參數(shù)作為初始值與實(shí)測的頻響函數(shù)一起構(gòu)建誤差函數(shù)，并利用頻響函數(shù)的協(xié)方差矩陣對誤差函數(shù)進(jìn)行加權(quán)；以模態(tài)參數(shù)為自變量，利用Levenberg-Marquardt法迭代求解誤差函數(shù)的極小值；利用迭代收斂后的模態(tài)參數(shù)值構(gòu)建結(jié)構(gòu)柔度矩陣。

一種考慮噪聲影響的工程結(jié)構(gòu)柔度識別方法，步驟如下：

第一步，采集單輸入多輸出數(shù)據(jù)，并計(jì)算不同階次下的模態(tài)參數(shù)

(1)采集結(jié)構(gòu)一點(diǎn)的激勵(lì)信息和多測點(diǎn)響應(yīng)信息，并以如下方式構(gòu)建漢克爾矩陣：