[发明专利]基于估计荷载的结构响应重构方法

权利要求书

1.一种基于估计荷载的结构响应重构方法，用于对布置在结构上的结构健康监测系统获取到的监测数据进行结构响应的重构，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，建立所述结构的有限元模型并修正所述有限元模型的材料参数以及边界条件参数；

步骤S2，基于所述有限元模型提取与所述监测数据对应的影响线矩阵；

步骤S3，对所述影响线矩阵基于截断奇异值分解进行截断处理并选取最优奇异值截断数；

步骤S4，将截断后的影响线矩阵代入影响线方程形成求解外荷载的控制方程；

步骤S5，基于广义逆算子估计所述结构的外荷载；

步骤S6，将估计的所述外荷载施加于所述有限元模型以提取所述结构的任意目标响应，并完成结构响应的重构，

其中，所述有限元模型包含n个自由度。

2.根据权利要求1所述的基于估计荷载的结构响应重构方法，其特征在于：

其中，所述步骤S2包括以下子步骤：

步骤S2-1，基于所述n个自由度确定外荷载可能出现的m个加载位置，从而生成所有节点外荷载可能出现的自由度集合{F}，该集合{F}包括m个元素；

步骤S2-2，基于所述结构健康监测系统的N个传感器生成各所述传感器在所述有限元模型上对应的位置集合{R},该集合{R}包括N个元素；

步骤S2-3，对所述集合{F}所对应的自由度上分别依次施加单位1的节点荷载，计算所述有限元模型与所述集合{R}的所有元素对应位置的静力响应的计算结果，从而生成用于描述所述节点外荷载与所述监测数据之间关系的影响线矩阵W_N×m。

3.根据权利要求2所述的基于估计荷载的结构响应重构方法，其特征在于：

其中，所述步骤S3包括以下子步骤：

步骤S3-1，基于奇异值对所述影响线矩阵W_N×m进行分解处理；

步骤S3-2，基于奇异值分布情况确定最优截断数r；

步骤S3-3，对所述影响线矩阵W_N×m进行截断处理得到截断后的影响线矩阵W*。

4.根据权利要求3所述的基于估计荷载的结构响应重构方法，其特征在于：

其中，所述奇异值通过以下步骤得到：

对于所述影响线矩阵W_N×m，有正交矩阵U_N×N与V_m×m，且满足：

W＝U∑V^T

式中，∑_N×m为对角矩阵：

式中，σ_i为所述影响线矩阵W_N×m的第i阶奇异值，且有σ₁≥σ₂≥…σ_s。

5.根据权利要求4所述的基于估计荷载的结构响应重构方法，其特征在于：

其中，所述最优截断数r确定方式为基于所有所述奇异值之和取令的最小阶数r。