[發(fā)明專利]一種基于索力監(jiān)測的支承索健康監(jiān)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011048121.5
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112214888B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪俊;韓玉林;曹姝娟
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01L5/00;G06F119/14;G06F119/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 王美章

1.一種基于索力監(jiān)測的支承索健康監(jiān)測方法，其特征在于，該方法包括：

a.確定索的編號規(guī)則，按此規(guī)則將索結(jié)構(gòu)中所有索編號，該編號在后續(xù)步驟中將用于生成各個向量和矩陣，所有向量的相同編號的元素表示同一根索的不同信息；

b.利用索的無損檢測數(shù)據(jù)即能夠表達(dá)索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)建立“被評估對象初始損傷向量d_o”；在建立“被評估對象初始損傷向量d_o”的同時，通過直接測量計(jì)算得到索結(jié)構(gòu)的所有指定的被監(jiān)測量，即實(shí)測獲得了承載索的初始索力數(shù)據(jù)，使用該實(shí)測獲得的承載索的初始索力數(shù)據(jù)，組成“被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C_o”；在建立“被評估對象初始損傷向量d_o”和“被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C_o”的同時，實(shí)測得到索結(jié)構(gòu)的初始幾何數(shù)據(jù)；根據(jù)索結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖、竣工圖和索結(jié)構(gòu)的上述實(shí)測數(shù)據(jù)，建立索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算模型，基于該模型計(jì)算所得的計(jì)算數(shù)據(jù)同上述實(shí)測數(shù)據(jù)越接近越好，其間的差異不得大于5％，此時該模型被稱為結(jié)構(gòu)的“力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型A”；“力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型A”中所有支承索的健康狀態(tài)由“被評估對象初始損傷向量d_o”表達(dá)；

c.建立“單位損傷矩陣D_u”，單位損傷矩陣D_u共有N行、V列個元素，單位損傷矩陣D_u的全部元素為符合均勻分布的隨機(jī)數(shù)的集合，且都大于0％、小于100％，利用能夠生成均勻分布的隨機(jī)數(shù)的常規(guī)數(shù)學(xué)方法一次性生成單位損傷矩陣D_u的全部元素；

d.實(shí)測得到索結(jié)構(gòu)的所有指定被監(jiān)測量的當(dāng)前實(shí)測數(shù)值，組成“被監(jiān)測量實(shí)測數(shù)值向量C_m”；

e.用符號i表示循環(huán)次數(shù)，用上標(biāo)i、下標(biāo)i表示第i次循環(huán)的相關(guān)數(shù)據(jù)，i＝1,2,3,……,V；

f.由此步進(jìn)入循環(huán)操作，設(shè)當(dāng)前為i次循環(huán)，i＝1,2,3,……,V，第一次循環(huán)時i取1，第二次循環(huán)時i取2，以此類推，i最大取V，正整數(shù)V表示總循環(huán)次數(shù)；第i次循環(huán)時，取“單位損傷矩陣D_u”中第i列元素構(gòu)成“單位損傷向量Dⁱ_u”，且單位損傷向量Dⁱ_u的元素的順序與矩陣D_u中的第i列元素的順序相同；在“力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型A”的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次計(jì)算，計(jì)算次數(shù)數(shù)值上等于所有索的數(shù)量，有N根索就有N次計(jì)算，每一次計(jì)算假設(shè)索系統(tǒng)中只有一根索在原有損傷的基礎(chǔ)上再增加單位損傷，若該支承索編號為j，j＝1,2,3,.......,N，那么該編號為j的支承索在原有損傷的基礎(chǔ)上再增加單位損傷，增加的單位損傷的數(shù)值等于Dⁱ_uj的數(shù)值，Dⁱ_uj是“單位損傷向量Dⁱ_u”的第j個元素；每一次循環(huán)中設(shè)定單位損傷時把該次循環(huán)開始時的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)當(dāng)成是完全健康的，并在此基礎(chǔ)上設(shè)定單位損傷；同一次循環(huán)的每一次計(jì)算中出現(xiàn)損傷的索不同于其它次計(jì)算中出現(xiàn)損傷的索，每一次計(jì)算都利用力學(xué)方法計(jì)算索結(jié)構(gòu)的、在前面已指定的N個被監(jiān)測量的當(dāng)前計(jì)算值，每一次計(jì)算所得N個被監(jiān)測量的當(dāng)前計(jì)算值組成一個“被監(jiān)測量的計(jì)算當(dāng)前數(shù)值向量”，當(dāng)假設(shè)第j根索有單位損傷時，“被監(jiān)測量的計(jì)算當(dāng)前數(shù)值向量”記為Cⁱ_tj；每一次計(jì)算得到的“被監(jiān)測量的計(jì)算當(dāng)前數(shù)值向量Cⁱ_tj”減去“被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C_o”，所得向量除以單位損傷向量Dⁱ_u”的第j個元素Dⁱ_uj得到以有單位損傷的索的位置或編號為標(biāo)記的“被監(jiān)測量的數(shù)值變化向量δCⁱ_j”，“被監(jiān)測量的數(shù)值變化向量δCⁱ_j”的每一元素表示由于計(jì)算時假定有單位損傷的第j根索的單位損傷Dⁱ_uj，而引起的該元素所對應(yīng)的被監(jiān)測量的數(shù)值改變量相對于假定的單位損傷向量Dⁱ_u”的第j個元素Dⁱ_uj的變化率；有N根索就有N個“被監(jiān)測量的數(shù)值變化向量”，每個被監(jiān)測量的數(shù)值變化向量有N個元素，由這N個“被監(jiān)測量的數(shù)值變化向量”依次組成有N×N個元素的“單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣ΔCⁱ”，單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣ΔCⁱ有N行N列元素；每一個向量δCⁱ_j是單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣ΔCⁱ的一列，j＝1,2,3,.......,N；

g.定義“被評估對象當(dāng)前名義損傷向量dⁱ_c”和“候選被評估對象當(dāng)前實(shí)際損傷向量dⁱ”，損傷向量的元素個數(shù)等于被評估對象的數(shù)量，損傷向量的元素和被評估對象之間是一一對應(yīng)關(guān)系，損傷向量的元素?cái)?shù)值代表對應(yīng)被評估對象的損傷程度或健康狀態(tài)；

h.依據(jù)“被監(jiān)測量實(shí)測數(shù)值向量C_m”同“被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C_o”、“單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣ΔCⁱ”和“被評估對象當(dāng)前名義損傷向量dⁱ_c”間存在的近似線性關(guān)系，算出“被評估對象當(dāng)前名義損傷向量dⁱ_c”；該近似線性關(guān)系表達(dá)為式1，式1中除被評估對象當(dāng)前名義損傷向量dⁱ_c外的其它量均為已知；

i.利用式2表達(dá)的“候選被評估對象當(dāng)前實(shí)際損傷向量dⁱ”同“被評估對象初始損傷向量d_o”和“被評估對象當(dāng)前名義損傷向量dⁱ_c”的元素間的關(guān)系，計(jì)算得到“候選被評估對象當(dāng)前實(shí)際損傷向量dⁱ”的所有元素；

式2中，d_oj(j＝1,2,3,.......,N)是被評估對象初始損傷向量d_o的第j個元素；dⁱ_cj是向量dⁱ_c的第j個元素；

j.將索結(jié)構(gòu)的“力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型A”中被評估對象的健康狀態(tài)由“被評估對象初始損傷向量d_o”表達(dá)的健康狀態(tài)修改為“候選被評估對象當(dāng)前實(shí)際損傷向量dⁱ”表達(dá)的健康狀態(tài)，得到“當(dāng)前力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Aⁱ”；由“當(dāng)前力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Aⁱ”按照力學(xué)方法計(jì)算得到“被監(jiān)測量候選計(jì)算數(shù)值向量Cⁱ_c”，向量Cⁱ_c中的元素排列順序與被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C_o中的元素排列順序相同；

k.按照式3計(jì)算“被監(jiān)測量候選計(jì)算數(shù)值向量Cⁱ_c”與“被監(jiān)測量實(shí)測數(shù)值向量C_m”的差值，稱此差值為“被監(jiān)測量計(jì)測差值Eⁱ”；

式3中，Cⁱ_ck(i＝1,2,3,……,V；k＝1,2,3,……,N)是“當(dāng)前力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Aⁱ”中的第k個被監(jiān)測量的當(dāng)前計(jì)算數(shù)值，由“當(dāng)前力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Aⁱ”按照力學(xué)計(jì)算方法計(jì)算獲得；

C_mk(k＝1,2,3,……,N；)是當(dāng)前索結(jié)構(gòu)的第k個被監(jiān)測量的當(dāng)前實(shí)測數(shù)據(jù)；

l.回到第f步進(jìn)行下一次循序，即第i+1次循環(huán)，若到此步i的值是V，則結(jié)束循環(huán)，結(jié)束循環(huán)時已經(jīng)計(jì)算獲得所有的“被監(jiān)測量計(jì)測差值”，共計(jì)V個“被監(jiān)測量計(jì)測差值”；

m.由所有的“被監(jiān)測量計(jì)測差值Eⁱ”構(gòu)成“被監(jiān)測量計(jì)測差值向量E”，如式4所示；

E＝[E¹ E² … Eⁱ … E^V]^T 式4

n.找到“被監(jiān)測量計(jì)測差值向量E”中有最小值的元素，若該元素是“被監(jiān)測量計(jì)測差值向量E”的第i個元素Eⁱ，i是1、2、3、……和V中的某一個值，那么上標(biāo)為i的“候選被評估對象當(dāng)前實(shí)際損傷向量dⁱ”就改稱為“被評估對象定選損傷向量d”，“被評估對象定選損傷向量d”如式5所示；

d＝[d₁ d₂ … d_j … d_N]^T 式5

式5中“被評估對象定選損傷向量d”的元素d_j表示對應(yīng)被評估對象即第j根索的損傷程度，j＝1,2,3,.......,N，

根據(jù)“被評估對象定選損傷向量d”確定有哪些索受損及其損傷程度，即實(shí)現(xiàn)了支承索的健康監(jiān)測；若“被評估對象定選損傷向量d”的某一元素的數(shù)值為0，表示該元素所對應(yīng)的索是完好的，沒有損傷；若其數(shù)值為100％，則表示該元素所對應(yīng)的索已經(jīng)完全喪失承載能力；若其數(shù)值介于0和100％之間，則表示該索喪失了相應(yīng)比例的承載能力；被評估對象定選損傷向量d的元素的編號規(guī)則與被評估對象初始損傷向量d_o的元素的編號規(guī)則相同。