[发明专利]一种基于扩展有限元法的多缺陷群无损识别方法

说明书

本发明公开了一种基于扩展有限元法的多缺陷群无损识别方法，由正分析和反分析组成。扩展有限元法计算网格独立于结构内部的不连续面，因此缺陷几何变化时无需重构计算网格，故扩展有限元法用于正分析，以节约时间。反分析由三步组成：(i)以稀疏的测点确定包含缺陷群的子域，缩小搜索域；(ii)在子域内添加测点，对缺陷群进行逐个识别以确定群内缺陷的大致位置与大小；(iii)以第二部的结果作为初始解，加速收敛至缺陷的真实形态。本发明能在缺陷数量未知的前提下对多缺陷群进行准确识别，且能显著地减少测点用量和迭代次数。

技术领域

本发明属于工程结构安全监测领域，特别涉及了一种基于扩展有限元法的多缺陷群无损识别方法。

背景技术

工程结构中难以避免地含有大大小小的缺陷，其存在往往会对结构的性能造成重大影响，也是导致结构失效的主要原因。为评估结构的安全性和可靠性，使用无损检测手段识别结构中的缺陷是极为重要的。在过去的几十年中，无损检测领域引入了诸如激光扫描法、射线照相法、超声波法、红外图像法、声发射法、全息图像法等能够在局部范围内识别缺陷的技术手段，但这些方法有的受限于严格的操作环境，有的无法提供准确的缺陷信息，且对于大中型结构难以施展。因此，如何在结构整体范围内准确、快捷地进行缺陷识别仍是亟待解决的问题。

随着计算机技术和结构监测技术的提高，使用数值模拟进行正分析，优化算法进行反分析以识别结构中的缺陷逐渐成为了结构无损检测领域的研究热点。但现有的优化方案只能识别相距较远的若干个缺陷，而当多个距离较近的缺陷在局部形成缺陷群，尤其是这样的缺陷群存在多个时，现有方案就难以解决了。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种基于扩展有限元法的多缺陷群无损识别方法，对多缺陷群进行准确识别。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种基于扩展有限元法的多缺陷群无损识别方法，包括以下步骤：

(1)在待测结构表面稀疏、均匀地布置m₀个测点，施加荷载并收集测点响应下标i＝1,2,…,m₀；

(2)建立待测结构的扩展有限元数值模型，施加与步骤(1)中相同的荷载，并将模型构造为以缺陷几何参数θ为输入、步骤(1)中测点位置处的响应u_i^s(θ)为输出的系统；

(3)设缺陷形式为圆形孔洞，上限为n₁个，设置各圆形孔洞的缺陷几何参数的初始范围，并设定一阈值r^t，当圆形孔洞半径大于r^t时将该孔洞保留，反之则暂时剔除；

(4)对目标函数进行优化，得到由若干候选缺陷组成的解

(5)使用排队剔除法识别并移除解中不正确的候选缺陷；

(6)通过层次聚类分析对剩余的候选缺陷进行分组，得到q₀个候选缺陷群；

(7)使用排队剔除法识别并移除不正确的候选缺陷群，得到q₁个候选缺陷群；

(8)对各个候选缺陷群，取其内所有缺陷的形心为中心，设边长为d₁，共划出q₁个正方形子域，设为候选缺陷新的搜索域，并设各正方形子域中的候选缺陷数量上限为n₂个，当新的搜索域超出初始搜索域时，按初始搜索域截断；所述初始搜索域为待测结构表面；

(9)向各正方形子域中均匀地布置m_add个测点，则共有m₀+m_add×q₁个测点；