[發(fā)明專利]利用動態(tài)響應識別結構阻尼及剛度的方法

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• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112257145A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發(fā)明（設計）人: 況中華;李鑫奎
• 申請（專利權）人: 上海建工集團股份有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F17/11;G06F30/17;G01M5/00
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• 代理人: 暫無信息

1.利用動態(tài)響應識別結構阻尼及剛度的方法，其特征在于，步驟如下：

S1：將待測結構物均勻劃分為n個單元，在相鄰單元之間的劃分線及所述待測結構物的兩端做節(jié)點標記，在所述待測結構物上標記n+1個節(jié)點，在所述待測結構物的任意節(jié)點施加一個已知動荷載F(t)，實測各個節(jié)點的動態(tài)響應為[a(t),v(t),x(t)]；

S2：依據(jù)所述待測結構物的單元、節(jié)點劃分情況，建立所述待測結構物的理論模型，以已知動荷載F(t)作為輸入量，計算所述待測結構物在已知動荷載F(t)作用下的理論動態(tài)響應[a^l(t),v^l(t),x^l(t)]；

S3：將已知動荷載F(t)、實測動態(tài)響應[a(t),v(t),x(t)]、理論動態(tài)響應[a^l(t),v^l(t),x^l(t)]作為輸入量，分別建立實測動態(tài)響應下的結構振動方程以及理論動態(tài)響應下的結構振動方程，得出待測結構物的實際剛度與理論剛度的結構剛度比α的求解方程，將結構剛度比α的求解方程進行時程分解，識別出所述待測結構物的實際剛度及實際阻尼。

2.根據(jù)權利要求1所述的利用動態(tài)響應識別結構阻尼及剛度的方法，其特征在于：所述步驟S1中，在所述待測結構物的每個節(jié)點上布置一個加速度傳感器，實測各個節(jié)點的動態(tài)響應[a(t),v(t),x(t)]，其中，加速度響應a(t)通過所述加速度傳感器直接獲取，加速度響應a(t)一次積分計算得出速度響應v(t)，加速度響應a(t)二次積分計算得出位移響應x(t)。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的利用動態(tài)響應識別結構阻尼及剛度的方法，其特征在于，所述步驟S3包括：

S301：分別建立實測動態(tài)響應下的結構振動方程，如式一，以及理論動態(tài)響應下的結構振動方程，如式二：

M·a(t)+C_s·v(t)+K_s·x(t)＝F(t) 式一

M·a^l(t)+C·v^l(t)+K·x^l(t)＝F(t) 式二

其中：M為待測結構物的理論質(zhì)量矩陣，C_s為待測結構物的實際阻尼矩陣，K_s為待測結構物的實際剛度矩陣，C為待測結構物的理論阻尼矩陣，K為待測結構物的理論剛度矩陣；

S302：建立結構振動聯(lián)合方程，設待測結構物的實際剛度與理論剛度的結構剛度比為α，即α＝K_s/K，將K_s＝αK代入結構振動聯(lián)合方程，計算出結構剛度比α的求解方程，如式五；

α＝(K·x(t))^(-1)·[M·(a^l(t)-a(t))+(C·v^l(t)-C_s·v(t))+K·x^l(t)] 式五

S303：以待測結構物的理論阻尼作為t₀時刻待測結構物的實際阻尼的初始值C_s0，通過結構剛度比α的求解方程計算出t₀時刻待測結構物的實際剛度K_s0，再利用t₀時刻計算出的實際剛度K_s0計算出t₁時刻待測結構物的實際阻尼C_s1，進而利用t₁時刻實際阻尼C_s1及待測結構物t₁時刻的動態(tài)響應計算出t₁時刻的實際剛度K_s1，依次循環(huán)迭代達到收斂，最終識別出待測結構物的實際剛度K_sn及實際阻尼C_s(n+1)；

α_t0＝(K·x(t₀))^(-1)·[M·(a^l(t₀)-a(t₀))+(C·v^l(t₀)-C_s0·v(t₀))+K·x^l(t₀)]

K_s0＝K·α_t0

C_s1＝b₀^t0·M+b₁^t0·K_s0

α_t1＝(K·x(t₁))^(-1)·[M·(a^l(t₁)-a(t₁))+(C·v^l(t₁)-C_s1·v(t₁))+K·x^l(t₁)]

K_s1＝K·α_t1

C_s2＝b₀^t1·M+b₁^t1·K_s1

……

α_tn＝(K·x(t_n))^(-1)·[M·(a^l(t_n)-a(t_n))+(C·v^l(t_n)-C_sn·v(t_n))+K·x^l(t_n)]

K_sn＝K·α_tn

C_s(n+1)＝b₀^tn·M+b₁^tn·K_sn

其中：α_tn為t_n時刻的結構剛度比，K_sn為t_n時刻的實際剛度，C_s(n+1)為t_n+1時刻的實際阻尼，b₀^tn及b₁^tn為t_n時刻的阻尼系數(shù)，且阻尼系數(shù)b₀^tn及b₁^tn的計算公式如下：

其中：w_i、w_j為待測結構物的兩個自振頻率，ξ_i、ξ_j為兩個自振頻率對應的阻尼比。