[發(fā)明專利]一種基于原型實(shí)測(cè)振動(dòng)響應(yīng)的泄流結(jié)構(gòu)振源識(shí)別方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111657449.1
• 申請(qǐng)日: 2021-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN114358072A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李火坤;柳波;劉晗玥;王剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G06F30/23;G06F119/02
• 代理公司: 南昌青遠(yuǎn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 36123
• 代理人: 唐棉棉

1.一種基于原型實(shí)測(cè)振動(dòng)響應(yīng)的泄流結(jié)構(gòu)振源識(shí)別方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、對(duì)泄流結(jié)構(gòu)進(jìn)行原型振動(dòng)測(cè)試，獲取泄流結(jié)構(gòu)m個(gè)自由度處的實(shí)測(cè)動(dòng)位移響應(yīng)δ(i,t)(i＝1,2,…,m)，聯(lián)合CEEMDAN算法和小波閾值進(jìn)行信號(hào)降噪，濾除各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)中的高頻噪聲和低頻噪聲；

步驟2、獲取步驟1中所述原型振動(dòng)測(cè)試的工程設(shè)計(jì)及運(yùn)行資料，確定大壩結(jié)構(gòu)及地基彈模分區(qū)，利用有限元軟件建立大壩及地基有限元模型，并在建立的有限元模型中將拱壩泄洪時(shí)引發(fā)泄流結(jié)構(gòu)振動(dòng)的振源荷載進(jìn)行等效；

步驟3、對(duì)步驟2中建立的大壩及地基有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析，提取泄流結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣M，計(jì)算泄流結(jié)構(gòu)前n階的模態(tài)參數(shù)，包括固有頻率ω_r,r＝1,2,…,n、模態(tài)向量和質(zhì)量矩陣M_r；

步驟4、根據(jù)步驟3中所得到的泄流結(jié)構(gòu)前n階的模態(tài)參數(shù)，計(jì)算泄流結(jié)構(gòu)零狀態(tài)下的測(cè)點(diǎn)位移響應(yīng)δ^*，進(jìn)而構(gòu)造位移響應(yīng)矩陣δ＝δ^*+δ⁰＝[δ₁,δ₂,…δ_m]^T，其中：

上式中，q_r0——為系統(tǒng)初始位移δ₀在模態(tài)坐標(biāo)下的對(duì)應(yīng)值；

q_r0——為系統(tǒng)初始速度在模態(tài)坐標(biāo)下的對(duì)應(yīng)值；

ξ_r——為模態(tài)阻尼比；

步驟5、根據(jù)步驟2中有限元模型等效的拱壩泄洪時(shí)引發(fā)泄流結(jié)構(gòu)振動(dòng)的振源荷載P，計(jì)算每個(gè)振源荷載作用下各測(cè)點(diǎn)處的單位脈沖響應(yīng)H_ij，構(gòu)造單位脈沖響應(yīng)矩陣：

步驟6、由于在動(dòng)態(tài)荷載的作用下，一個(gè)線性系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)可表示為單位脈沖響應(yīng)函數(shù)與激勵(lì)的卷積，故對(duì)泄流結(jié)構(gòu)零狀態(tài)下測(cè)點(diǎn)位移響應(yīng)的Duhamel積分可表示為：

上式中，δ*——泄流結(jié)構(gòu)零初始條件下的位移響應(yīng)；

h——單位脈沖響應(yīng)函數(shù)；

P——振源荷載；

基于對(duì)泄流結(jié)構(gòu)零狀態(tài)下測(cè)點(diǎn)位移響應(yīng)的Duhamel積分，構(gòu)造反映位移響應(yīng)矩陣δ、振源荷載矩陣P和單位脈沖響應(yīng)矩陣H之間關(guān)系的泄流結(jié)構(gòu)荷載識(shí)別反問題的數(shù)學(xué)模型：HP＝δ；

步驟7、根據(jù)步驟5中所得單位脈沖響應(yīng)矩陣H，結(jié)合Tikhonov正則化算法，對(duì)步驟6中所得泄流結(jié)構(gòu)荷載識(shí)別反問題的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修正，得到基于Tikhonov正則化修正的荷載識(shí)別反問題數(shù)學(xué)模型：(H^TH+λ²I)P＝H^Tδ；

步驟8、根據(jù)步驟7中得到的經(jīng)Tikhonov正則化修正的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算其廣義逆H^R，得到正則化初始荷載識(shí)別值P^R，隨后對(duì)初始值進(jìn)行修正，得到經(jīng)過正則化預(yù)優(yōu)的LSQR迭代計(jì)算方程：其中，

步驟9、將實(shí)測(cè)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)代入到步驟8所得的迭代計(jì)算方程中進(jìn)行LSQR迭代求解，其思路為：通過Lanczos迭代得到一組正交基，并利用基于Givens變換的QR分解進(jìn)行求解，最終輸出泄流結(jié)構(gòu)在運(yùn)行期的振源荷載P；

為更好的對(duì)比反演結(jié)果，引入相關(guān)性系數(shù)c來衡量反演值與實(shí)際值的相關(guān)性程度，定義相關(guān)系數(shù)為

上式中，E——期望值；

P_ture——實(shí)際值；

P——反演值；

當(dāng)相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值越接近于1，反演值與實(shí)際值間的相關(guān)性越強(qiáng)，反演結(jié)果越準(zhǔn)確。