[發明專利]基于柔度矩陣對角元素變化的起重機械主梁結構損傷識別方法

在審

• 申請號: 202010395145.1
• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN111609984A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 李向東;席鴻皓;周超;徐園平;周瑾;帥飛;陳序
• 申請（專利權）人: 江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院;南京航空航天大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;G06F17/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于柔度矩陣對角元素變化的起重機械主梁結構損傷識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)根據結構尺寸與破損識別要求對待測主梁進行單元劃分，設置主梁模型破損前、后的激勵點；

(2)通過多點輸入單點測量的模態實驗分別測得起重機械主梁結構破損前、后的時域振動信號，基于頻響函數估計得到結構振型和頻率等動力參數；

(3)讀取模態實驗對應的原始測試文件，基于模態置信度對實驗振型進行匹配；

(4)通過破損前后的各階模態頻率和振型等計算各劃分單元的局部柔度，所得柔度矩陣作差并提取對角元素比較進行結構的破損定位。

2.根據權利要求1所述的一種基于柔度矩陣對角元素變化的起重機械主梁結構損傷識別方法，其特征在于，步驟(1)所述的主梁模型破損前、后的激勵點數目至少為6個，且破損前、后的激勵點布置位置相同。

3.根據權利要求1所述的一種基于柔度矩陣對角元素變化的起重機械主梁結構損傷識別方法，所述步驟(2)包括以下步驟：

(21)信號采集前設置力窗用于截取激勵信號，設置指數窗用于截取響應信號，緩解信號泄漏現象；

(22)由后期分析所需的最高頻率對軟件信號采集界面的頻率范圍和譜線數等參數進行設置；

(24)基于H4頻率響應函數估計算法獲取系統頻響，其計算原理為：

式中，h4為H4法估算的頻響函數，h1為H1法估算的頻響函數，h2為H2法估算的頻響函數：

式中，Gxx為位移響應的自功率譜密度函數，Gff為外部激勵的自功率譜密度函數，Gxf或Gfx為位移響應與外激勵的互功率譜密度函數：

其中，x與f分別為位移響應與外激勵，符號*指函數在頻域范圍上的共軛；

(25)為了檢驗實驗采集的信號是否準確，會使用相干函數以表征輸入和輸出信號的因果關系程度；函數值介于0到1之間，可以考察響應信號中有多少成分是由激勵產生，從而衡量出噪聲干擾的影響；若輸出響應完全由所受激勵引起，則該數值等于1，一般在反共振點附近，由于響應很小，信噪比相對降低，相干函數將下降，數值會小于1；

(26)基于頻響函數分析得到結構振型和頻率等動力參數，其頻響函數在“模態坐標”下的表達式為：

式中，A_r稱為留數，A_r*為其共軛；下標r代表系統模態階數，p_r與p_r*為系統極點：

其中，φ_i表示待測結構的第i階模態振型；

由系統極點可以解出被測試件的固有頻率ω_r、阻尼比ξ_r，它們之間存在如下關系：

(27)模態實驗采用可測激勵的方法，直接測得關于質量矩陣歸一化的振型，或者采用附加質量換算的方法計算質量歸一化因子，再對所測振型作質量歸一化處理。

4.根據權利要求1所述的一種基于柔度矩陣對角元素變化的起重機械主梁結構損傷識別方法，所述步驟(3)通過以下公式實現：

其中，Φ_i^u和Φ_i^d分別為結構損傷前后第i階振型。

5.根據權利要求1所述的一種基于柔度矩陣對角元素變化的起重機械主梁結構損傷識別方法，所述步驟(4)通過以下公式實現：

其中，φ_i表示結構的第i階模態振型，ω_i表示第i階固有頻率，隨著頻率值的增大，而柔度影響系數與固有頻率為反比關系，故上述求和公式中的高頻項的影響可忽略不計，只需測量前s個低階模態參數就可獲得精度較好的柔度矩陣；

其中，ΔD為柔度改變量，下標u和d分別代表結構未損傷與結構受損；提取ΔD中的對角線元素，元素值越大，則表示該位置發生破損的可能性越大。