[发明专利]一种基于子结构模态参数的损伤识别方法及系统

权利要求书

1.一种基于子结构模态参数的损伤识别方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，将整体结构划分为若干个子结构；

步骤2，在损伤前和损伤后分别计算各子结构的模态参数，以确定各子结构损伤前后模态参数的变化，并基于各子结构损伤前后模态参数的变化确定有损伤的子结构；

步骤3，对存在损伤的子结构进行分析，建立子结构损伤识别求解方程，并对方程进行求解，以获取解向量；

步骤4，根据解向量，识别损伤在子结构中的具体位置和损伤程度。

2.根据权利要求1所述的基于子结构模态参数的损伤识别方法，其特征在于，步骤2中，计算各子结构的模态参数具体包括：

建立与各子结构对应的多维ARMAX模型；

利用多维ARMAX模型的自回归系数对各子结构的固有频率和振型进行估计，得到各子结构的固有频率和振型，基于各子结构的固有频率和振型，计算得到子结构的模态参数。

3.根据权利要求2所述的基于子结构模态参数的损伤识别方法，其特征在于，步骤1还包括：在子结构模型的界面自由度处施加虚拟固定约束。

4.根据权利要求2所述的基于子结构模态参数的损伤识别方法，其特征在于，建立与各子结构对应的多维ARMAX模型具体如下：

其中，表示目标子结构加速度响应向量在时刻t处的观测值；u(t)表示由作用在目标子结构上的外部激励F_m(t)和界面加速度响应组成的向量，即下标m和s分别表示内部自由度和界面自由度；和表示子结构ARMAX模型的自回归系数矩阵；和表示子结构ARMAX模型的滑动平均系数矩阵；a(t)表示预测误差在时刻t的值；和表示子结构ARMAX模型中与预测误差相关的滑动平均系数矩阵。

5.根据权利要求4所述的基于子结构模态参数的损伤识别方法，其特征在于，利用多维ARMAX模型的自回归系数对子结构的固有频率和振型进行估计包括：

提取子结构ARMAX模型的自回归系数矩阵和

利用子结构ARMAX模型的自回归系数矩阵组集一个矩阵[G]，表示如下：

其中，I表示n_m×n_m阶单位矩阵，矩阵[G]的尺寸为2n_m×2n_m，n_m表示子结构内部自由度的个数；

对矩阵[G]作特征分解，矩阵[G]的第k阶特征值和特征向量分别表示为λ_k和{ψ_k}，λ_k和{ψ_k}满足：

[G]{ψ_k}＝λ_k{ψ_k}

将复数特征值λ_k写成a_k+ib_k形式，则子结构的第k阶固有频率可以表示为：

其中，Δt表示结构响应的采样间隔；

将特征向量{ψ_k}写成如下形式：

其中，和各有n_m个元素；

子结构第k阶振型中的第h个元素可以表示为：

其中，表示向量中的第h个元素；表示复数的模；当复数的相位角位于第一或第四象限时，常数ε＝+1；当的相位角位于第二或第三象限时，常数ε＝-1；

对识别出的子结构振型进行标准化处理，过程如下：

其中，M_mm表示子结构的质量矩阵；{φ_k}表示标准化处理之后的子结构第k阶振型。