[發(fā)明專(zhuān)利]一種有砟軌道枕下道砟層的損傷識(shí)別方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011065225.7
• 申請(qǐng)日: 2020-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112199838A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡琴;陳晗;朱宏平;沈易軍;袁瑞杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F30/13
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種有砟軌道枕下道砟層的損傷識(shí)別方法，其特征在于，包括：

建立包含鋼軌、軌枕和道砟層的二維有砟軌道系統(tǒng)模型，用于描述待測(cè)有砟軌道在激勵(lì)力作用下的響應(yīng)，并將所述二維有砟軌道系統(tǒng)模型中的枕下道砟層沿軌枕縱向分為n個(gè)區(qū)域；除道砟剛度之外，所述二維有砟軌道系統(tǒng)模型其余的各項(xiàng)參數(shù)均與所述待測(cè)有砟軌道在無(wú)損狀態(tài)下的各項(xiàng)參數(shù)一致；n為預(yù)設(shè)的正整數(shù)；

對(duì)錘擊試驗(yàn)中采集自所述待測(cè)有砟軌道的軌枕上多個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的加速度時(shí)程數(shù)據(jù)進(jìn)行模態(tài)識(shí)別，得到所述待測(cè)有砟軌道在損傷狀態(tài)下的頻率和振型；

將所述待測(cè)有砟軌道在損傷狀態(tài)下的頻率和振型作為目標(biāo)數(shù)據(jù)，采用稀疏貝葉斯方法對(duì)所述二維有砟軌道系統(tǒng)模型的道砟剛度損傷參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，得到損傷狀態(tài)下所述二維有砟軌道系統(tǒng)模型的各個(gè)區(qū)域內(nèi)道砟剛度損傷參數(shù)的最大后驗(yàn)估計(jì)值，作為對(duì)應(yīng)區(qū)域的實(shí)際損傷程度，并基于該識(shí)別結(jié)果確定所述待測(cè)有砟軌道枕下道砟層的損傷區(qū)域及對(duì)應(yīng)的損傷程度。

2.如權(quán)利要求1所述的有砟軌道枕下道砟層的損傷識(shí)別方法，其特征在于，將所述待測(cè)有砟軌道在損傷狀態(tài)下的頻率和振型作為目標(biāo)數(shù)據(jù)，采用稀疏貝葉斯方法對(duì)所述二維有砟軌道系統(tǒng)模型的道砟剛度損傷參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，包括：

通過(guò)最小化目標(biāo)函數(shù)J(θ)，得到損傷狀態(tài)下所述二維有砟軌道系統(tǒng)模型的各個(gè)區(qū)域內(nèi)道砟剛度損傷參數(shù)的最大后驗(yàn)估計(jì)值；

所述目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式為：

其中，θ為道砟剛度損傷參數(shù)，和分別為所述待測(cè)有砟軌道在損傷狀態(tài)下的頻率和振型，α為道砟剛度損傷參數(shù)θ的方差倒數(shù)，β為頻率平方的方差倒數(shù)，γ為振型的方差倒數(shù)；N_m為總的測(cè)量模態(tài)數(shù)，N_p為總的測(cè)點(diǎn)數(shù)；為所述待測(cè)有砟軌道在損傷狀態(tài)下的第r階頻率，ω_r(θ)為利用所述二維有砟軌道系統(tǒng)模型得到的第r階頻率；為所述待測(cè)有砟軌道在損傷狀態(tài)下的第r階振型在第j個(gè)測(cè)點(diǎn)的振型位移，φ_j,r(θ)為利用所述二維有砟軌道系統(tǒng)模型得到的第r階振型在第j個(gè)測(cè)點(diǎn)的振型位移；θ_i為第i個(gè)區(qū)域道砟剛度的損傷參數(shù)，α_i為道砟剛度損傷參數(shù)θ_i的方差倒數(shù)。

3.如權(quán)利要求2所述的有砟軌道枕下道砟層的損傷識(shí)別方法，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)J(θ)的獲取方法包括：

(S1)基于稀疏貝葉斯方法，得到所述二維有砟軌道系統(tǒng)模型的道砟剛度損傷參數(shù)的后驗(yàn)概率密度函數(shù)為：

(S2)采用EM算法最大化證據(jù)函數(shù)的自然對(duì)數(shù)的期望，得到超參數(shù){α,β,γ}的表達(dá)式分別如下：

(S3)采用Laplace近似方法，假設(shè)所述二維有砟軌道系統(tǒng)模型的道砟剛度損傷參數(shù)θ為高斯分布，其均值和協(xié)方差矩陣可以通過(guò)最大化似然函數(shù)的對(duì)數(shù)的期望得到，等價(jià)于求解如下目標(biāo)函數(shù)J(θ)的最小值：

其中，c^-1為歸一化常數(shù)，p(θ|α)為道砟剛度損傷參數(shù)的先驗(yàn)分布，為識(shí)別頻率的似然函數(shù)，為識(shí)別振型的似然函數(shù)；E{·}表示求解參數(shù)的期望。

4.如權(quán)利要求2所述的有砟軌道枕下道砟層的損傷識(shí)別方法，其特征在于，還包括：

對(duì)于識(shí)別出的每一個(gè)損傷區(qū)域，將該區(qū)域內(nèi)道砟剛度損傷參數(shù)的最大后驗(yàn)估計(jì)值作為高斯分布的均值；

求解海塞矩陣并以所述海塞矩陣的倒數(shù)作為高斯分布的協(xié)方差；

利用所述高斯分布的均值和所述高斯分布的協(xié)方差，對(duì)損傷區(qū)域內(nèi)砟剛度損傷參數(shù)的概率分布進(jìn)行描述；

其中，表示所述海塞矩陣中的第i行第j列的元素，i,j∈{1,2,…,n}。

5.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的有砟軌道枕下道砟層的損傷識(shí)別方法，其特征在于，所述二維有砟軌道系統(tǒng)模型中，枕下道砟層建模為等效剛度為k的彈性地基，軌枕建模為彈性地基上的鐵木辛柯梁，兩根鋼軌建模為梁上對(duì)應(yīng)位置上的附加質(zhì)量塊；

其中，k為預(yù)設(shè)的道砟剛度。