[發明專利]一種基于隨機子空間模態參數識別的結構健康監測方法

在審

• 申請號: 202111636699.7
• 申請日: 2021-12-29
• 公開（公告）號: CN114417573A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 鮑華;胡健;沈磊;彭俊;熊學煒;劉橋;呂雷;滕飛;劉昶;陳前
• 申請（專利權）人: 中鐵第四勘察設計院集團有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/08;G06F111/10
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 徐俊偉

本發明涉及設備升級技術領域，為一種基于隨機子空間模態參數識別的結構健康監測方法，包括：S1，輸入結構監測點的時域響應信號，構造Hankel矩陣；S2，計算Toeplitz矩陣，提取對角線元素相等的Toeplitz矩陣T1；S3，對T1進行奇異值分解得到U、Σ和V矩陣；S4，估計動力系統階數并據此對應提取U₁、Σ₁和V₁矩陣；S5，計算可觀矩陣Θ_i、可控矩陣Ξ、觀測矩陣C及系統矩陣A，并求解系統矩陣A的特征值；S6，計算結構模態參數，以此來判斷結構健康狀態。無需利用貴重激勵設備對結構施加人工激勵，直接采用車輛、行人、風及其組合燈作用于結構產生的響應進行參數識別，節省了激勵設備的攜帶、安裝及調試等費用，也節省了時間和相應工作人員的費用。

技術領域

本發明涉及技術領域，具體涉及一種基于隨機子空間模態參數識別的結構健康監測方法。

背景技術

近些年來，土木結構的健康監測越來越引起人們的關注，一個結構是否產生破壞或發生損傷，通過其本身的模態參數(頻率、阻尼比、振型)的變化情況可以方便地顯示出來，因此對系統模態參數的識別成為結構健康監測的重點。對于傳統的模態試驗方法，需要施加一個外界激勵，一般因為費用高、影響結構正常使用而難以實現。

發明內容

本發明提供了一種基于隨機子空間模態參數識別的結構健康監測方法，解決了以上所述的通過傳統模態試驗需要施加外界激勵的技術問題。

本發明為解決上述技術問題提供了一種基于隨機子空間模態參數識別的結構健康監測方法，包括：

S1，輸入結構監測點的時域響應信號，構造Hankel矩陣；

S2，計算Toeplitz矩陣，提取對角線元素相等的Toeplitz矩陣T1；

S3，對T1進行奇異值分解得到U、∑和V矩陣；

S4，估計動力系統階數并據此對應提取U₁、∑₁和V₁矩陣；

S5，計算可觀矩陣Θ_i、可控矩陣Ξ、觀測矩陣C及系統矩陣A，并求解系統矩陣A的特征值；

S6，計算結構模態參數，以此來判斷結構健康狀態。

優選地，所述Hankel矩陣的第一組劃分形式為：

其中，y_k∈R^l×1為某一時刻的輸出數據，k＝0，1……，2i+j-2，l 為輸出通道數，j為Hankel矩陣的列數，Y_p和Y_f分別定義為過去矩陣和未來矩陣。

優選地，所述第一種劃分形式對應的Toeplitz矩陣為：

其中，T_1|i∈R^li×li對角線元素相等的Toeplitz矩陣。

優選地，所述Hankel矩陣的第一組劃分形式為：

其中，y_k∈R^l×1為某一時刻的輸出數據，k＝0，1……，2i+j-2，l 為輸出通道數，j為Hankel矩陣的列數，Y_p和Y_f分別定義為過去矩陣和未來矩陣。

優選地，所述第二種劃分形式對應的Toeplitz矩陣為：

其中，T_1|i∈R^li×li對角線元素相等的Toeplitz矩陣。