[发明专利]一种桁架结构刚度和轴力的结构识别方法

权利要求书

1.一种桁架结构刚度和应变的结构识别方法，其特征在于：

步骤1：建立模型；

在ABAQUS软件中建立二维桁架模型，并设置相应的属性；

另建立一个杆件截面属性，此杆件截面属性的几何属性与原杆件其他截面的几何属性相同，而刚度小于为其他截面，以此表征杆件损伤；

为杆件划分网格时，为每一杆件都划分两个等长的单元，用于在杆件中点处施加一个轴向的外荷载；施加在杆件中部的外荷载即可等效为各杆件的轴力，通过改变施加在某一杆件的外荷载数值来等效地任意改变某一杆件所受的轴力；

步骤2：修改inp文件并制作有限元模板文件；

步骤1在ABAQUS建立模型成功提交计算后，ABAQUS软件自动生成对应模型的inp文件；修改inp文件，将此修改后的inp文件每一行命令首尾分别添加fprintf(fileID,'和\n')；两个字段得到有限元模板文件主体；然后，在inp文件中搜索需要替换的刚度和轴力，将两数值各乘以一个系数因子，把系数因子形成的一行两列向量作为有限元模板文件的自变量；

步骤3：输入关键量并生成inp文件，计算并获得真实的加速度和应变；

将桁架某一杆件的真实[EI，N]输入有限元模板文件，EI和N分别表示杆件刚度和轴力，然后生成相应inp文件，与建模时生成的inp文件区别在于有限元模板文件生成的inp文件其输出设置经修改后，只能生成对应结果的二进制文件，其文件后缀为fil；MATLAB读取此fil文件，获得相应加速度和应变数据，然后将ABAQUS的结果文件fil中包含的ASCII格式的信息汇编为具有一行的字符串Rec，调用abaqus2matlab工具箱中的Rec103函数和Rec29函数从字符串Rec中提取相应节点的加速度和杆件的截面应变；

步骤4：模拟估计的待识别量响应；

将该搜索上下限即系数因子取值范围设置在一定范围内，随后在搜索区间中随机产生数值输入有限元模板文件，得某一刚度和轴力条件下加速度和应变；

步骤5：设置一个目标函数，将步骤3和步骤4两次计算的数据输入目标函数，通过ABAQUS中的有限元计算和MATLAB中的优化计算交互循环即可计算估计刚度和轴力相应的误差，若计算过程中该值达到收敛条件即认为估计刚度和轴力即为实际刚度和轴力；

步骤6：输出最终结果，此结果即为识别结果。

2.根据权利要求1所述的一种桁架结构刚度和应变的结构识别方法，其特征在于：步骤5中，当实际刚度和轴力未知时，通过一次完整计算，比较每个种群的适应性，从各种群中挑选一个最优种群，称此结果为本次全局最优解，与历史计算结果比较进而更新历史全局最优解；此后，调整粒子位置和速度，再次寻优。

3.根据权利要求1所述的一种桁架结构刚度和应变的结构识别方法，其特征在于：所述步骤5中目标函数的特征在于：

其中，A_m，i和E_m，i分别表示第i时刻测量加速度和应变，相应地，A_a，i和E_a，i分别表示第i时刻实际加速度和应变；N_A和N_E则分别表示加速度和应变测量数据点个数；w_A、w_E分别为加速度和应变权重系数，用以调节目标函数中加速度部分和应变部分的比重，进而优化识别结果；选择加速度和应变的权重系数时，先试算再比较取得一个初值；计算过程中是否继续调节权重系数，取决于计算后结果是否满足预期，若计算结果无法达到理想精度，观察刚度和轴力的误差率再调节权重系数，直至刚度和轴力均达到理想精度时即停止调节。