[發(fā)明專利]工程結(jié)構(gòu)損傷識別方法、裝置、計(jì)算機(jī)設(shè)備及存儲介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110013605.4
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112816352B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梅柳;龍武劍;李利孝;李華冠;熊琛;鄭然;邢鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 深圳市精英專利事務(wù)所 44242
• 代理人: 武志峰

本發(fā)明公開了一種工程結(jié)構(gòu)損傷識別方法、裝置、計(jì)算機(jī)設(shè)備及存儲介質(zhì)，所述方法包括：對工程結(jié)構(gòu)的層間剪切模型進(jìn)行子結(jié)構(gòu)劃分，得到n個子結(jié)構(gòu)；對每一子結(jié)構(gòu)建立ARMAX模型，并通過所述ARMAX模型提取每一子結(jié)構(gòu)的ARMAX模型殘差；利用每一子結(jié)構(gòu)的ARMAX模型殘差為對應(yīng)的子結(jié)構(gòu)建立ARMAX模型殘差的GJR模型，并根據(jù)所述GJR模型求解得到每一子結(jié)構(gòu)的GJR模型條件異方差序列；根據(jù)每一子結(jié)構(gòu)的GJR模型條件異方差序列構(gòu)造損傷指標(biāo)CVD，從而對每一子結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷量化。本發(fā)明基于ARMAX模型和GJR模型對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識別，可有效提高結(jié)構(gòu)非線性損傷識別精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程結(jié)構(gòu)損傷識別技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及工程結(jié)構(gòu)損傷識別方法、裝置、計(jì)算機(jī)設(shè)備及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)損傷識別是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的核心任務(wù)之一，對評估工程結(jié)構(gòu)狀況和保障安全性至關(guān)重要，是近幾十年來土木工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。類似于人體健康檢查，工程結(jié)構(gòu)也需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)狀況監(jiān)測和安全評估，保證其安全完整。工程結(jié)構(gòu)在其運(yùn)營過程中會不斷老化，及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷并盡早維護(hù)，能大大減少后期維修費(fèi)用。對經(jīng)歷臺風(fēng)、地震等自然災(zāi)害后的工程結(jié)構(gòu)，及時進(jìn)行損傷識別和評估，能避免次生災(zāi)害事件的發(fā)生。

經(jīng)過幾十年的研究，目前已開發(fā)出許多結(jié)構(gòu)損傷識別方法。當(dāng)前的結(jié)構(gòu)損傷識別方法按照識別范圍的不同可分為基于局部信息和基于全局信息的損傷識別方法。基于局部信息的損傷識別方法主要是運(yùn)用特定的無損檢測技術(shù)對某一構(gòu)件或結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行損傷探測。這些基于局部信息的無損檢測技術(shù)包括磁粉檢測、X射線檢測、超聲檢測、聲發(fā)射監(jiān)測、渦流檢測、導(dǎo)波檢測、微波無損評估等。相比傳統(tǒng)的破損檢測技術(shù)，其檢測過程不會對結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生破壞且不影響其使用性能。而基于全局信息的損傷識別方法通過收集結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息進(jìn)行處理和分析，得到結(jié)構(gòu)整體的狀態(tài)和損傷狀況。基于振動信號的結(jié)構(gòu)損傷識別方法是全局識別方法中較為靈活高效的識別方法之一，在進(jìn)行檢測時不影響結(jié)構(gòu)的正常服役和運(yùn)營性能，而且相對快捷經(jīng)濟(jì)，目前在工程實(shí)踐中已得到了廣泛應(yīng)用。基于振動信號的結(jié)構(gòu)損傷識別方法通過安裝在結(jié)構(gòu)上的傳感器收集結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)信號，利用算法加以分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷的定位和定量，它們主要分為基于模型的損傷識別方法和無模型的損傷識別方法。基于模型的損傷識別方法包括模型修正法和模型匹配法，無模型的損傷識別方法包括時域識別方法、頻域識別方法和時頻分析方法。

模型修正法的基本原理是建立無損結(jié)構(gòu)的有限元模型，通過對該有限元模型的物理量(如單元截面面積、彈性模量等)進(jìn)行修正，根據(jù)模型修正量來識別損傷量。該方法要求建立較為精確的有限元物理模型，因此計(jì)算量往往較大，另外該方法往往需要測量完整的模態(tài)信息，而實(shí)際工程應(yīng)用中會遇到難以得到完備模態(tài)信息的困難，因而還需進(jìn)一步改進(jìn)。

頻域識別方法是通過頻域內(nèi)識別模態(tài)參數(shù)變化進(jìn)而識別損傷的方法。結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷，結(jié)構(gòu)的物理特性(質(zhì)量、剛度和能量耗散特性)會發(fā)生變化，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)動力特性(頻率、振型和模態(tài)阻尼)的變化。在頻域內(nèi)，通過結(jié)構(gòu)傳遞函數(shù)或頻響函數(shù)識別結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)，結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)變化反映了結(jié)構(gòu)損傷。但結(jié)構(gòu)模態(tài)特性變化通常反映的是結(jié)構(gòu)的整體損傷信息，對局部損傷不夠敏感。另外，在實(shí)際應(yīng)用時，高階模態(tài)信息往往難以準(zhǔn)確獲得，而低階模態(tài)信息對損傷則又不夠敏感。

時域識別方法是通過收集結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)時程信號，通過信號處理提取關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷分析。時域識別方法包括有ARMA時序分析法、Ibrahim時域法、最小二乘復(fù)指數(shù)法和特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)法等。與頻域識別方法相比，它不需要經(jīng)過時頻變換，從而減少了信號在處理過程中的信息丟失。頻域識別方法往往要求測量結(jié)構(gòu)承受的荷載，對大型工程結(jié)構(gòu)，實(shí)際所受激勵往往難以準(zhǔn)確測量，而時域方法只需獲取結(jié)構(gòu)響應(yīng)的時程信號便可以進(jìn)行分析，對實(shí)際工程應(yīng)用有重要意義。