[發(fā)明專(zhuān)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(kāi)（公告）號(hào): CN114358072A
• 公開(kāi)（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(zhuān)利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06K9/00
• 分類(lèi)號(hào): G06K9/00;G06F30/23;G06F119/02
• 代理公司: 南昌青遠(yuǎn)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 36123
• 代理人: 唐棉棉

本發(fā)明涉及一種基于原型實(shí)測(cè)振動(dòng)響應(yīng)的泄流結(jié)構(gòu)振源識(shí)別方法，基于泄流結(jié)構(gòu)原型振動(dòng)測(cè)試，利用CEEMDAN?小波閾值對(duì)測(cè)點(diǎn)位移響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行降噪；基于有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析，并計(jì)算每個(gè)振源荷載作用下各測(cè)點(diǎn)的單位脈沖響應(yīng)，以此構(gòu)建單位脈沖響應(yīng)矩陣；結(jié)合對(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，得到振源荷載識(shí)別反問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型；然后基于Tikhonov正則化修正反演數(shù)學(xué)模型和荷載識(shí)別初始值，得到LSQR迭代計(jì)算方程；最后利用LSQR算法進(jìn)行迭代求解，得到識(shí)別的泄流結(jié)構(gòu)運(yùn)行期振源荷載。本發(fā)明聯(lián)合CEEMDAN?小波閾值去噪和Tikhonov正則化預(yù)優(yōu)的LSQR算法，能夠?qū)φ裨摧d荷進(jìn)行有效識(shí)別，識(shí)別精度和穩(wěn)定性高，為運(yùn)行期泄流結(jié)構(gòu)振源識(shí)別提供了一種全新的思路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大壩運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)與管理技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是一種基于原型實(shí)測(cè)振動(dòng)響應(yīng)的泄流結(jié)構(gòu)振源識(shí)別方法。

背景技術(shù)

隨著泄流結(jié)構(gòu)向高水頭、大流量、輕型化方向發(fā)展，泄流誘發(fā)結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈振動(dòng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷的問(wèn)題日益突出。全面把控泄流結(jié)構(gòu)振動(dòng)的危害并對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，是保證泄水建筑物安全運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題。采用反分析方法，利用泄流結(jié)構(gòu)在泄流激勵(lì)下有限測(cè)點(diǎn)的真實(shí)動(dòng)力響應(yīng)信號(hào)(如位移、加速度響應(yīng)等)求解作用于泄流結(jié)構(gòu)上的等效動(dòng)態(tài)荷載，確定泄流結(jié)構(gòu)整體動(dòng)態(tài)響應(yīng)場(chǎng)及其分布規(guī)律，進(jìn)而完善泄流結(jié)構(gòu)振動(dòng)安全控制指標(biāo)，為保障泄流結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期安全運(yùn)行具有重要意義。

隨著動(dòng)態(tài)荷載識(shí)別理論的不斷發(fā)展，其越來(lái)越多的應(yīng)用于難以直接測(cè)量的動(dòng)態(tài)荷載獲取中，但目前針對(duì)泄流結(jié)構(gòu)的荷載識(shí)別相對(duì)較少，且大多數(shù)采用的是頻域法，無(wú)法得到荷載時(shí)程線(xiàn)，誤差較大。此外，荷載識(shí)別反問(wèn)題的不適定性使得較小的輸入誤差都會(huì)導(dǎo)致識(shí)別結(jié)果偏離實(shí)際值。通常都是采用正則化方法來(lái)穩(wěn)定識(shí)別結(jié)果，從而確保識(shí)別結(jié)果的有效性。然而，正則化方法只能在一定程度上改善識(shí)別結(jié)果，其所能達(dá)到的識(shí)別精度還受到響應(yīng)數(shù)據(jù)精度的限制。若輸入的響應(yīng)數(shù)據(jù)所含噪聲過(guò)大，其識(shí)別結(jié)果依然可能會(huì)嚴(yán)重失真。因此，如何有效剔除響應(yīng)信號(hào)中的噪聲和提高荷載反演的穩(wěn)定性，對(duì)于準(zhǔn)確識(shí)別泄流結(jié)構(gòu)振源載荷具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，基于大壩原型實(shí)測(cè)振動(dòng)響應(yīng)，利用Duhamel積分將載荷識(shí)別問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求解線(xiàn)性方程組的反問(wèn)題。為了提高振源荷載識(shí)別的求解精度和穩(wěn)定識(shí)別過(guò)程，提出了一種聯(lián)合CEEMDAN-小波閾值去噪修正和正則化預(yù)優(yōu)LSQR的振源載荷識(shí)別方法，從信號(hào)去噪和正則化算法兩方面改善振源載荷識(shí)別反問(wèn)題的求解精度，即一方面引入CEEMDAN-小波閾值技術(shù)對(duì)輸入的響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪修正，提高輸入響應(yīng)信號(hào)的信噪比；另一方面對(duì)LSQR迭代算法進(jìn)行正則化預(yù)優(yōu)，以確保獲得穩(wěn)定的識(shí)別結(jié)果。實(shí)例分析表明，本方法能夠?qū)φ裨摧d荷進(jìn)行有效識(shí)別，具有較高的精度和較好的穩(wěn)定性，為運(yùn)行期泄流結(jié)構(gòu)振源識(shí)別提供了一種全新的思路。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

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，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；