[發明專利]固定式海工結構實時損傷監測和荷載水平監測方法

有效

• 申請號: 202110677306.0
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113281003B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 劉強;占曉明;鄭濤;吳文超;劉玉帥;金波;徐玉明
• 申請（專利權）人: 浙江華東測繪與工程安全技術有限公司
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01M13/00;G01P15/00;G06F17/15
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 沈敏強

1.一種固定式海工結構實時損傷監測和荷載水平監測方法，其特征在于：

A、固定式海工結構在經固定式海工結構實時損傷監測方法已確定結構損傷狀態的前提下，將正常狀態下獲取的數據均分為數個子組，并對每個子組的數據取絕對值后再取均值處理形成新的子組時間序列信號；

B、對子組時間序列信號采用自回歸滑動平均時間序列模型進行擬合并得到擬合值和實測值的模型殘差序列；

C、對該殘差序列進行區間等級劃分，在不斷取得待評價實時實測值后即得到預測值和實測值的預測殘差序列，采用殘差分區控制圖和區間理論確定待評價加速度信號的荷載水平等級；

所述固定式海工結構實時損傷監測方法，包括：

S1、獲取固定式海工結構正常運行狀態及待評價狀態下的加速度數據，采用拉依達準則進行異常值的剔除，并以均值代替；

S2、對正常運行狀態、待評價狀態下的加速度數據運用隨機減量技術獲取結構自由衰減信號；

S3、對結構自由衰減信號采用自回歸滑動平均時間序列模型進行擬合，并從中提取自回歸系數作為損傷敏感特征的特征向量；

S4、對提取到的自回歸系數進行Tikhonov正則化以消除自回歸系數不穩定性的問題，計算待評價狀態提取到的自回歸系數與正常運行狀態下提取到的自回歸系數之間的馬氏距離，得出距離值，根據待評價數據點與正常狀態下一系列數據點的離群程度判斷是否進入損傷狀態。

2.根據權利要求1所述的固定式海工結構實時損傷監測和荷載水平監測方法，其特征在于，所述對結構自由衰減信號采用自回歸滑動平均時間序列模型進行擬合，并從中提取自回歸系數作為損傷敏感特征的特征向量，包括：

p,q階自回歸滑動平均時間序列模型的基本公式定義如下：

其中x_ij(t)為時域信號，i為獲取加速度數據的傳感器編號，j為第i個傳感器的第j段數據，a_k為模型自回歸系數，b_k為模型滑動平均系數，ε_ij(t)為殘差項；

對自回歸滑動平均時間序列模型進行Z變換可得：

式中，X_ij(z)為x_ij(t)的Z變換，E_ij(z)為ε_ij(t)的Z變換；

求得傳遞函數：

令上式等于零可得傳遞函數H(z)的特征方程：

z^p-a₁z^p-1-a₂z^p-2-…-a_p＝0

則傳遞函數H(z)的極值點在其特征方程的特征根處取得，其特征根可表示如下：

由上式可知，特征根z_pole包含了結構損傷敏感特征參數的模態頻率ω_n和阻尼比ξ的信息，Δt為信號的采樣間隔；

利用多項式根的簡單理論，證明：

3.根據權利要求1所述的固定式海工結構實時損傷監測和荷載水平監測方法，其特征在于，所述對提取到的自回歸系數進行Tikhonov正則化以消除自回歸系數不穩定性的問題，計算待評價狀態提取到的自回歸系數與正常運行狀態下提取到的自回歸系數之間的馬氏距離，得出距離值，根據待評價數據點與正常狀態下一系列數據點的離群程度判斷是否進入損傷狀態，包括：

選用L曲線的方法進行正則化系數的選取，對正則化后自回歸系數集的異常性檢測采用馬氏距離來進行估計，若待評價狀態的數據集與正常運行狀態下的數據集來自不同的結構損傷狀態，數據集間的馬氏距離會有明顯的偏差，馬氏距離的平方可表示為：

式中，x_i是潛在的異常向量，為損傷狀態下的樣本均值向量，∑為樣本協方差矩陣。

4.根據權利要求1所述的固定式海工結構實時損傷監測和荷載水平監測方法，其特征在于：

將殘差序列3倍標準差范圍內認定為健康區間，當預測殘差超出3σ范圍，則觸發預警，荷載水平可劃分為4級：一級：0～3σ；二級：3σ～4.5σ；三級：4.5σ～6σ；四級：6σ以上。