[發明專利]基于EMD和模型縮聚的動力響應重構方法及系統、存儲介質

有效

• 申請號: 202011370631.4
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112507585B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 鄒云峰;盧玄東;付正億;何旭輝;陽勁松
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/16
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 顏漢華

本發明公開了一種基于EMD和模型縮聚的動力響應重構方法及系統、計算機可讀取的存儲介質。該方法先對有限元模型進行子結構劃分，然后對各個子結構進行自由度劃分，作模態坐標變換，將各個子結構耦合成一個超單元模型，求解出單元模型的模態振型矩陣，再通過EMD分解方法從測量數據中提取出模態響應，最后基于提取的響應數據和模態振型矩陣重構子結構界面響應。本方法基于有限元模型生成結構的超單元模型，擴展了目前基于EMD分解的時域重構方法，將模態綜合法首次用于響應重構方法中，并利用模態疊加法預測出關鍵點的響應信息，有效地降低了有限元模型相關參數數學矩陣的維度，提高了響應重構的計算效率，具有準確性高、分析速度快等優點。

技術領域

本發明涉及結構健康監測技術領域，特別地，涉及一種基于EMD(經驗模態分解)和模型縮聚的動力響應重構方法及系統、計算機可讀取的存儲介質。

背景技術

隨著新技術、新材料在土木工程結構中的應用，人們對土木工程結構的安全性及可靠性提出更高要求，因此，結構健康監測(SHM)技術應運而生。結構健康監測技術一般是結合部署在工程結構上的傳感器采集所得數據，對工程結構進行健康監測及使用壽命評估，結構健康監測需要解決的主要問題為合理地監控關鍵位置的健康狀態，其需要依賴于傳感器系統。而大多數工程結構較為復雜，其自由度數目過于龐大，且傳感器不可能布置在結構的各個位置以監測各自由度的動力響應。此外，由于工程結構的幾何復雜性及部件多樣性，實際工程結構的某些位置，例如結構交界面、狹縫等皆不易安裝傳感器，而這些位置往往是結構健康監測及使用壽命評估的關鍵部位。

現有技術當中通常采用動態響應重構方法基于有限的傳感器數量對整個工程結構進行結構健康監測。目前，動態響應重構的最新進展包括頻域外推法和直接時域法，此兩類方法均為在有限元模型基礎上完成重構，其在完成大型工程結構的重構時具有一定的局限性。一方面，自由度數目過大會導致未知參數過多，以致響應重構不易收斂和較大的不確定性，相對于有限個數量的響應采集點，土木工程結構的響應重構往往需要處理大量的未知參數及大型的數學模型信息矩陣，響應重構的本質是病態的求逆問題，而大量的未知參數會導致矩陣病態，影響計算結果的精度。另一方面，對于整個土木工程結構而言，若需通過重構以了解整個結構的健康狀態，如此大數目的自由度將會導致較大的重構工作量，相關的矩陣維數成倍增大，整個計算過程需消耗較大的時間及計算機內存。

發明內容

本發明提供了一種基于EMD和模型縮聚的動力響應重構方法及系統、計算機可讀取的存儲介質，以解決現有的動態響應重構方法存在的響應重構不易收斂、計算量大的技術問題。

根據本發明的一個方面，提供一種基于EMD和模型縮聚的動力響應重構方法，包括以下步驟：

步驟S1：根據響應采集位置和待測點所處位置對有限元模型進行子結構劃分；

步驟S2：對各個子結構進行自由度劃分；

步驟S3：對各個子結構作模態坐標變換；

步驟S4：將經過模態坐標變換后的各個子結構耦合成一個超單元模型；

步驟S5：求解超單元模型的模態振型矩陣；

步驟S6：采用經驗模態分解方法在響應采集點的測量數據中提取模態響應；

步驟S7：根據提取的響應數據和超單元模型的模態振型矩陣重構子結構界面響應。

進一步地，所述步驟S1具體包括以下內容：

將響應采集點位置和待測點位置分別作為子結構的界面，由此劃分有限元模型的子結構，其中，子結構的動力學方程可表示為：