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      大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法

      文檔序號:6533909閱讀:274來源:國知局
      專利名稱:大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及大型土木工程結(jié)構(gòu)物健康監(jiān)測系統(tǒng)的改進,具體講是一種大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法。其主要針對海洋平臺等復(fù)雜的大型土木工程結(jié)構(gòu)物,在環(huán)境載荷激勵下,利用動力測試對結(jié)構(gòu)進行無損檢測方法。本發(fā)明提出適用于海洋平臺等大型結(jié)構(gòu)實時監(jiān)測的損傷診斷方法,用于建立結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng),提高結(jié)構(gòu)的疲勞壽命和極大環(huán)境載荷下的生存能力,以達到提高結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟性以及使作業(yè)人員有安全感。
      背景技術(shù)
      眾所周知,環(huán)境激勵力是不易測試得到的,因此基于環(huán)境載荷作用下的結(jié)構(gòu)損傷診斷技術(shù)對于海洋平臺實時的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是非常關(guān)鍵的。人工施加激勵力對于大型土木工程結(jié)構(gòu)需要大量的專用設(shè)備并且使得測試十分昂貴。此外,大型結(jié)構(gòu)物在其服役期間損傷不可避免。海洋平臺結(jié)構(gòu)長期服役在惡劣的海洋環(huán)境中,并受到如風(fēng)載荷、波浪載荷、冰載荷等各種載荷的交互作用,有時還要遭到地震、臺風(fēng)、海嘯、船碰等意外打擊。海洋平臺結(jié)構(gòu)本身還要遭受環(huán)境腐蝕,地基土沖刷等影響的作用,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴。一旦發(fā)生事故,不僅會對海洋環(huán)境造成很大的污染,還會帶來不可估量的經(jīng)濟損失和人員傷亡,造成不好的社會政治影響。通常大型結(jié)構(gòu)物的損傷在結(jié)構(gòu)服役期間是不可避免的。但是,為確保人員的生命安全、減少財產(chǎn)損失,唯一方法是早日診斷出結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)損傷,并能及時進行修復(fù)工作。由于海洋平臺結(jié)構(gòu)的使用不能中斷以及昂貴的造價,在役結(jié)構(gòu)的安全評估應(yīng)該是無損或微損的方法,目測是通常所用的無損檢測方法,對于如構(gòu)件斷裂的損傷,目測能夠判定損傷。然而,對于材料老化造成的損傷、損傷在不可靠近的區(qū)域或者被油漆、銹以及海洋生物覆蓋著是很難利用目測檢測損傷的,所以利用目測進行無損檢測是不可靠的。如果模態(tài)參數(shù)是通過環(huán)境載荷激勵條件下識別的,基于該技術(shù)的損傷診斷方法更容易被應(yīng)用,發(fā)展遠程的、自動的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)將是可行的,但是這種條件下得到的結(jié)構(gòu)模態(tài)振型是無法質(zhì)量歸一化的,而對于海洋平臺這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu),單一的損傷指標損傷位置精確定位是無法實現(xiàn)。其它無損檢測技術(shù),如X光檢測、超聲檢測、工業(yè)CT等方法也屬于結(jié)構(gòu)局部損傷檢測方法。這類技術(shù)僅僅用于損傷區(qū)域已知,即使環(huán)境載荷激勵下的模態(tài)參數(shù)能夠識別,可是識別出來的模態(tài)參數(shù)無法質(zhì)量歸一化,因此,大多目前發(fā)展研究的診傷算法是不適用的。此外,這些技術(shù)還要求特殊的測試設(shè)備和專業(yè)人員。因此,這些方法對于海洋平臺結(jié)構(gòu)的無損檢測是不方便的并且是昂貴的。

      發(fā)明內(nèi)容
      從基于結(jié)構(gòu)動力特性變化的結(jié)構(gòu)無損檢測方法的文獻綜述中,可以看到大多數(shù)方法存在一些實際應(yīng)用的局限,需要質(zhì)量歸一化的振型,以及完備的模態(tài)信息、高階的模態(tài)參數(shù)等等。本發(fā)明針對上述局限性,提出新的發(fā)明目的是應(yīng)用模態(tài)應(yīng)變能分解無損檢測方法。提出損傷定位指標,不需要質(zhì)量歸一化的振型,利用結(jié)構(gòu)損傷前后的前三階模態(tài)振型即可。此外,本發(fā)明的模態(tài)應(yīng)變能分解法診傷指標無需已知結(jié)構(gòu)本身的材料特性,只需結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接之間的拓撲信息。本發(fā)明的方法要用于多種損傷工況下,并能夠精確定位出海洋平臺結(jié)構(gòu)的損傷位置,使得本發(fā)明的方法具有實際應(yīng)用價值。
      本發(fā)明是基于一個典型的海洋平臺結(jié)構(gòu)或者其它三維框架結(jié)構(gòu),其主要構(gòu)件是由樁構(gòu)件,水平撐構(gòu)件以及斜撐構(gòu)件組成的。當(dāng)考慮的模態(tài)僅僅是以水平或側(cè)向振動為主,而不是上下(垂直)振動,則樁構(gòu)件的模態(tài)應(yīng)變能將是以彎曲模態(tài)應(yīng)變能變化為主。在另外一方面,水平撐構(gòu)件的模態(tài)應(yīng)變能將是以拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化為主。當(dāng)一個海洋平臺結(jié)構(gòu)的構(gòu)件剛度損失時,相應(yīng)于結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣的該構(gòu)件矩陣元素值將會降低。與此相對應(yīng),構(gòu)件自由度附近的模態(tài)振型將會有顯著的變化。因為這些節(jié)點是與損傷構(gòu)件和未損傷構(gòu)件相連接的,所以由此構(gòu)件損傷引起單元模態(tài)應(yīng)變能變化將不僅僅是損傷構(gòu)件本身,也將包括這些與損傷構(gòu)件相連的構(gòu)件。
      本發(fā)明的任務(wù)是由以下技術(shù)方案完成的,研制了一種大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法,所述的檢測方法是基于大型結(jié)構(gòu)物在役結(jié)構(gòu)動力特性而實施的方法,其包括如下步驟(1)存儲步驟首先,將上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)未損傷狀態(tài)下的環(huán)境激勵下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù)存儲入專用存儲器中;其次,將上述結(jié)構(gòu)物的在役結(jié)構(gòu)動力損傷狀態(tài)下,即將結(jié)構(gòu)服役階段的環(huán)境激勵下傳感器實測的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù)存儲入專用存儲器中;(2)識別定位步驟利用自然激勵技術(shù)識別出上述結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)損傷前、后的模態(tài)參數(shù),確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷出現(xiàn)的位置;即首先,將模態(tài)參數(shù)擴階,其次,應(yīng)用有限元模型將傳感器實測的自由度凝聚;再次,進行結(jié)構(gòu)環(huán)境激勵下的模態(tài)參數(shù)識別應(yīng)用模態(tài)應(yīng)變能分解法診斷上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷位置;(3)損傷程度評估步驟利用自然激勵技術(shù)識別出上述結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷前、后的模態(tài)參數(shù),利用結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化指標和/或結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能變化指標,分析評估上述結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)損傷程度;(4)比較確定步驟根據(jù)上述(1)——(3)步驟,確定上述結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度的評估指標數(shù)值在-1≤SDj≤0范圍內(nèi),式中SDj表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度。
      所述的(2)識別定位步驟中應(yīng)用模態(tài)應(yīng)變能分解法診斷結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷的位置,是利用結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化,即1)、使用結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能診傷指標Zja=&beta;ja-&beta;a&OverBar;&sigma;&beta;a]]>①式中結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化為&beta;ja=&Sigma;i=1Nm(&Phi;i*TKj0a&Phi;i*+&Phi;i*TK0a&Phi;i*)&Phi;iTK0a&Phi;i(&Phi;iTKj0a&Phi;i+&Phi;iTK0a&Phi;i)&Phi;i*TK0a&Phi;i*]]>②式中Φi,Φi*=分別指結(jié)構(gòu)損傷前和損傷后的模態(tài)振型,其中上標″T″指轉(zhuǎn)置,Kj0=Kj/Ej和Kj=j(luò)單元未損傷系統(tǒng)剛度矩陣,K0a是通過單元矩陣Kj0a組裝起來的系統(tǒng)矩陣;βja還表示Ej/Ej*之比,Ej,Ej*各表示結(jié)構(gòu)未損傷和損傷后的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈性模量,來估計上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷位置;和/或2)、使用結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能診傷指標Zjt=&beta;jt-&beta;t&OverBar;&sigma;&beta;t]]>③式中結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能變化為;&beta;jt=&Sigma;i=1NM(&Phi;i*TKj0t&Phi;i*+&Phi;i*TK0t&Phi;i*)&Phi;iTK0t&Phi;i(&Phi;iTKj0t&Phi;i+&Phi;iTK0t&Phi;i)&Phi;i*TK0t&Phi;i*]]>④式中Φi,Φi*=分別指結(jié)構(gòu)損傷前和損傷后的模態(tài)振型,其中上標″T″指轉(zhuǎn)置,Kj0=Kj/Ej和Kj=j(luò)單元未損傷系統(tǒng)剛度矩陣,K0t是通過單元矩陣Kj0t組裝起來的系統(tǒng)矩陣;βjt還表示Ej/Ej*之比,Ej,Ej各表示結(jié)構(gòu)未損傷和損傷后的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈性模量,來估計上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷位置。
      所述的(3)損傷程度評估步驟中分析評估結(jié)構(gòu)損傷程度,是利用上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化指標,即SDj=&alpha;ja=Eja*-EjaEja=1&beta;ja-1]]>⑤式中SDj≥-1,來估計上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度;和/或利用上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能變化指標,即S*Dj=&alpha;jt=Ejt*-EjtEjt=1&beta;jt-1]]>⑥式中SDj≥-1,來估計上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度;確定上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度判斷指標如果SDj=0,則表示上述結(jié)構(gòu)物的j單元結(jié)構(gòu)構(gòu)件沒有損傷;如果SDj=-1,則表示上述結(jié)構(gòu)物的j單元結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度完全喪失;即確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度評估指標數(shù)值在-1≤SDj≤0范圍內(nèi)。
      所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的環(huán)境激勵下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù),其或是加速度,和/或是速度,和/或是位移,和/或是彈性模量。
      所述的結(jié)構(gòu)服役階段的環(huán)境激勵下傳感器實測的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù),其或是加速度,和/或是速度,和/或是位移,和/或是彈性模量。
      本發(fā)明提出的模態(tài)應(yīng)變能分解法的優(yōu)點在于由于診傷的兩個指標對于如果水平撐或斜撐構(gòu)件損傷了,撐構(gòu)件的拉壓模態(tài)應(yīng)變能診傷指標將會變化最大,而與損傷單元相連的樁構(gòu)件的彎曲模態(tài)應(yīng)變能指標值將會變化較大;如果是垂直的樁構(gòu)件損傷了,樁構(gòu)件的彎曲模態(tài)應(yīng)變能指標值將會變化較大,而與樁構(gòu)件相連的撐構(gòu)件的拉壓模態(tài)應(yīng)變能指標值將會變化較大。根據(jù)這個原理可以有效的監(jiān)測出結(jié)構(gòu)的損傷位置并且進一步驗證診傷結(jié)果的正確性。
      本發(fā)明的對大型結(jié)構(gòu)物環(huán)境激勵下動力診傷流程如下
      1)、存儲步驟將結(jié)構(gòu)物未損傷狀態(tài)下環(huán)境激勵下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù)存儲入專用存儲器中;再在結(jié)構(gòu)物服役階段時,將結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)下環(huán)境激勵下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù)也存儲入該專用存儲器中;2)、參數(shù)擴階步驟對結(jié)構(gòu)物環(huán)境激勵下的模態(tài)參數(shù)進行模態(tài)參數(shù)擴階;3)、模態(tài)頻率和振型的識別步驟對結(jié)構(gòu)物環(huán)境激勵下的參數(shù)擴階的模態(tài)參數(shù)進行模態(tài)頻率和振型的識別;4)、確定損傷是否出現(xiàn)步驟比較結(jié)構(gòu)物損傷前與損傷后的模態(tài)參數(shù)變化,確定結(jié)構(gòu)損傷是否出現(xiàn),即或損傷,或未損傷;5)、計算診傷指標步驟應(yīng)用結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能診傷指標(AMSECR);和/或結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能診傷指標(TMSECR),計算診傷指標(AMSECR)和/或(TMSECR)的數(shù)值;診斷確定結(jié)構(gòu)損傷位置;6)、診斷確定損傷程度步驟根據(jù)計算診傷指標(AMSECR)和/或(TMSECR)的數(shù)值,診斷確定結(jié)構(gòu)損傷程度;7)、確定結(jié)構(gòu)是否安全步驟根據(jù)SDj≥-1,確定結(jié)構(gòu)安全/或不安全;8)、進一步詳細診傷步驟根據(jù)具體情況,進一步對結(jié)構(gòu)進行詳細診傷。
      附圖及其具體實施方式
      本發(fā)明的實施例結(jié)合附圖進一步說明如下

      圖1為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)有限元模型圖。
      圖2為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的軸向診傷指標曲線圖(工況A)。
      圖3為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的橫向診傷指標曲線圖(工況A)。
      圖4為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的指標Zja單元位置示意圖(工況A)。
      圖5為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的指標Zjt單元位置示意圖(工況A)。
      圖6為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的軸向診傷指標曲線圖(工況B)。
      圖7為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的彎曲診傷指標曲線圖(工況B)。
      圖8為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的指標Zja單元位置示意圖(工況B)。
      圖9為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的指標Zjt單元位置示意圖(工況B)。
      圖10為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的軸向診傷指標曲線圖(工況C)。
      圖11為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的彎曲診傷指標曲線圖(工況C)圖12為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的指標Zja單元位置示意圖(工況C)。
      圖13為本發(fā)明的實施海洋平臺結(jié)構(gòu)的指標Zjt單元位置示意圖(工況C)。
      圖14為本發(fā)明的診斷復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)損傷流程示意圖。
      具體實施例如下,本發(fā)明的保護范圍不僅局限于以下實施例中。
      一、建立海洋平臺有限元數(shù)值模型本發(fā)明的實施例是模擬研究了海洋平臺結(jié)構(gòu)位于水深97.4m,結(jié)構(gòu)由垂直的樁、水平撐和斜撐構(gòu)件組成,共207個單元,見圖1所示。利用商業(yè)有限元軟件(Ansys Version7.0,ANSYS Inc.,275 Technology Drive,Canonsburg,PA 15317.)產(chǎn)生了模擬的動力響應(yīng)數(shù)據(jù)。本發(fā)明采用的加速度傳感器,其型號美國SILICON DESIGNS公司出產(chǎn),Model2220-005。另外,采用了數(shù)據(jù)采集儀,其型號德國Imc集成測控有限公司出產(chǎn),PL16-DCB8。此外平臺上的建筑物用質(zhì)量單元模擬,還使用了幾種特殊的結(jié)構(gòu)單元,包括模擬海洋環(huán)境載荷,如波浪,流,附加質(zhì)量等。
      二、損傷診斷分析前面所介紹的有限元模型是作為一個基準模型。為了便于診傷結(jié)果的說明,海洋平臺結(jié)構(gòu)的每一個單元用一個數(shù)標示。本實施例模擬了三種典型的損傷工況,包括水平撐構(gòu)件損傷,斜撐構(gòu)件和樁構(gòu)件損傷。具體的損傷工況見表1所示。
      表1 模擬損傷工況

      1)損傷工況A——水平撐構(gòu)件損傷第一個損傷工況模擬的是單元14剛度損失5%;運用本文所提的模態(tài)應(yīng)變能分解法圖2中給出了軸向診傷指標值Zja;圖3給出了橫向診傷指標值Zjt。從圖2,圖3,圖4,圖5中易見,水平撐構(gòu)件14和斜撐構(gòu)件106(其位置示意圖見圖4)的診傷指標Zja較大,因此這兩個構(gòu)件可能是損傷單元。與此相類似,樁構(gòu)件79,78和55(其位置示意圖見圖5)也是可能損傷的單元構(gòu)件。如果樁單元損傷了,那么該構(gòu)件附近的水平撐/斜撐構(gòu)件的Zja指標值較大,顯而易見,圖2中并不是這樣的。在另外一方面,如果水平撐構(gòu)件14損傷了,其附近的撐構(gòu)件如79,78,55的橫向診傷指標值Zjt較大。因此,可以得出結(jié)論水平撐單元14損傷了。
      2)損傷工況B——斜撐構(gòu)件損傷第二個損傷工況模擬的是單元105剛度損失5%;軸向診傷指標Zja,和橫向診傷指標值Zjt,分別顯示在圖6和圖7。從圖6中,可以看出斜撐構(gòu)件105和106可能存在損傷,(其位置示意圖如圖8)。同理,由圖7中,易分析得出垂直樁單元56和80可能存在損傷(其位置示意圖如圖9)。如果損傷單元是樁單元56或80,其附近的斜撐和水平撐構(gòu)件的Zja的指標值必然較大,但是從圖6中易見并不存在。斜撐單元105或106損傷了,其附近的樁單元56,80的,Zjt指標值較大,因此這兩個構(gòu)件損傷的可能性較大。由于單元105的,Zjt指標值較單元106的大,所以可以確信是單元105發(fā)生了損傷。
      3)損傷工況C——垂直的樁構(gòu)件損傷第三種損傷工況模擬的是樁構(gòu)件單元78和單元79剛度損失10%;診傷指標值Zjt和Zjt在圖10和圖11所示。由圖10可以看出斜撐構(gòu)件94和96(其位置示意圖見12)與其它一些構(gòu)件擁有較大的Zja;這也表明該指標值對于識別損傷單元僅僅起一個輔助作用。從診傷指標值Zjt,易見垂直的樁構(gòu)件單元78和79可能是損傷單元(其位置示意圖見圖13)。根據(jù)前面介紹的診傷基本原理,不難推斷出是單元78和79損傷了,并且這兩個單元附近的斜撐和水平撐構(gòu)件的Zja診傷指標值較大。
      本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都會理解,在本發(fā)明的保護范圍內(nèi),對于上述實施例進行修改,添加和替換都是可能的,其都沒有超出本發(fā)明的保護范圍。
      權(quán)利要求
      1.一種大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法,其特征在于所述的檢測方法是基于大型結(jié)構(gòu)物在役結(jié)構(gòu)動力特性而實施的方法,其包括如下步驟(1)存儲步驟首先,將上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)未損傷狀態(tài)下,即將結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的環(huán)境激勵下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù)存儲入專用存儲器中;其次,將上述結(jié)構(gòu)物的在役結(jié)構(gòu)動力損傷狀態(tài)下,即將結(jié)構(gòu)服役階段的環(huán)境激勵下傳感器實測的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù)存儲入專用存儲器中;(2)識別定位步驟利用自然激勵技術(shù)識別出上述結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)損傷前、后的模態(tài)參數(shù),確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷出現(xiàn)的位置;即首先,將模態(tài)參數(shù)擴階,其次,應(yīng)用有限元模型將傳感器實測的自由度凝聚;再次,進行結(jié)構(gòu)環(huán)境激勵下的模態(tài)參數(shù)識別應(yīng)用模態(tài)應(yīng)變能分解法診斷上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷位置;(3)損傷程度評估步驟利用自然激勵技術(shù)識別出上述結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷前、后的模態(tài)參數(shù),利用結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化指標和/或結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能變化指標,分析評估上述結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)損傷程度;(4)比較確定步驟根據(jù)上述(1)——(3)步驟,確定上述結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度的評估指標數(shù)值在-1≤SDj≤0范圍內(nèi),式中SDj表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法,其特征在于所述的(2)識別定位步驟中應(yīng)用模態(tài)應(yīng)變能分解法診斷結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷的位置,是利用結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化,即1)、使用結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能診傷指標Zja=&beta;ja-&beta;a&OverBar;&sigma;&beta;a]]>①式中結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化為&beta;ja=&Sigma;i=1Nm(&Phi;i*TKj0a&Phi;i*+&Phi;i*TK0a&Phi;i*)&Phi;iTK0a&Phi;i(&Phi;iTKj0a&Phi;i+&Phi;iTK0a&Phi;i)&Phi;i*TK0a&Phi;i*]]>②式中Φi,Φi*=分別指結(jié)構(gòu)損傷前和損傷后的模態(tài)振型,其中上標″T″指轉(zhuǎn)置,Kj0=Kj/Ej和Kj=j(luò)單元未損傷系統(tǒng)剛度矩陣,K0a是通過單元矩陣Kj0a組裝起來的系統(tǒng)矩陣;βja還表示Ej/Ej*之比,Ej,Ej*各表示結(jié)構(gòu)未損傷和損傷后的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈性模量,來估計上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷位置;和/或2)、使用結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能診傷指標Zjt=&beta;jt-&beta;t&OverBar;&sigma;&beta;t]]>③式中結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能變化為;&beta;jt=&Sigma;i=1NM(&Phi;i*TKj0t&Phi;i*+&Phi;i*TK0t&Phi;i*)&Phi;iTK0t&Phi;i(&Phi;iTKj0t&Phi;i+&Phi;iTK0t&Phi;i)&Phi;i*TK0t&Phi;i*]]>④式中Φi,Φi*=分別指結(jié)構(gòu)損傷前和損傷后的模態(tài)振型,其中上標″T″指轉(zhuǎn)置,Kj0=Kj/Ej和Kj=j(luò)單元未損傷系統(tǒng)剛度矩陣,K0t是通過單元矩陣Kj0t組裝起來的系統(tǒng)矩陣;βjt還表示Ej/Ej*之比,Ej,Ej各表示結(jié)構(gòu)未損傷和損傷后的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈性模量,來估計上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷位置。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法,其特征在于所述的(3)損傷程度評估步驟中分析評估結(jié)構(gòu)損傷程度,是利用上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能變化指標,即SDj=&alpha;ja=Eja*-EjaEja=1&beta;ja-1]]>⑤式中SDj≥-1,來估計上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度;和/或利用上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能變化指標,即SDj=&alpha;jt=Ejt*-EjtEjt=1&beta;jt-1]]>⑥式中SDj≥-1,來估計上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度;確定上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度判斷指標如果SDj=0,則表示上述結(jié)構(gòu)物的j單元結(jié)構(gòu)構(gòu)件沒有損傷;如果SDj=-1,則表示上述結(jié)構(gòu)物的j單元結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度完全喪失;即確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度評估指標數(shù)值在-1≤SDj≤0范圍內(nèi)。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法,其特征在于所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的環(huán)境激勵下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù),其或是加速度,和/或是速度,和/或是位移,和/或是彈性模量。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1所述大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法,其特征在于所述的結(jié)構(gòu)服役階段的環(huán)境激勵下傳感器實測的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)據(jù),其或是加速度,和/或是速度,和/或是位移,和/或是彈性模量。
      全文摘要
      本發(fā)明是大型結(jié)構(gòu)物無損傷的健康檢測方法,其步驟有存儲步驟;識別定位步驟;損傷程度評估步驟;比較確定步驟。根據(jù)這個方法可有效地監(jiān)測出結(jié)構(gòu)物損傷位置并驗證診傷結(jié)果的正確性。應(yīng)用本檢測方法中的結(jié)構(gòu)拉壓模態(tài)應(yīng)變能診傷指標(AMSECR);和/或結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)應(yīng)變能診傷指標(TMSECR),計算診傷指標的數(shù)值;從而診斷確定結(jié)構(gòu)損傷位置。在診斷確定損傷程度的過程中,根據(jù)計算的診傷指標數(shù)值,依據(jù)SD
      文檔編號G06F17/00GK1740770SQ20051004457
      公開日2006年3月1日 申請日期2005年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月18日
      發(fā)明者李華軍, 楊和振, 王樹青, 楊永春, 石湘 申請人:中國海洋大學(xué)
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