[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

说明书

一种基于子结构模态参数的损伤识别方法及系统，方法包括：将整体结构划分为若干个尺寸较小的子结构，并建立与各个子结构对应的多维ARMAX模型；利用多维ARMAX模型的自回归系数对子结构的固有频率和振型进行估计；通过观察损伤前后各个子结构模态参数的变化，确定损伤所在的子结构；针对存在损伤的子结构，建立子结构损伤识别求解方程，并对方程进行求解；根据解向量，识别损伤在子结构中的具体位置和损伤程度。本发明利用多维ARMAX模型识别子结构模态参数，子结构模态参数与整体结构模态参数相比对结构局部损伤更加敏感，能够实现对结构局部区域的损伤识别分析。

技术领域

本发明涉及土木工程结构检测技术领域，具体涉及一种基于子结构模态 参数的损伤识别方法及系统。

背景技术

近年来，基于振动的结构损伤识别方法在结构健康监测领域的应用十分 广泛。基于振动的结构损伤识别方法一般通过比较未损伤状态和损伤状态下 结构振动特性(如固有频率、振型和模态阻尼等)的变化来识别损伤。这些 方法大多以整个结构为研究对象，通过整体结构分析方法提取结构的振动特 性。然而，整体结构特性通常对结构局部损伤不敏感，造成难以使用整体结 构振动特性对结构局部损伤进行识别。

基于子结构的损伤识别方法将大尺寸的结构划分为若干个较小的子结 构，并对每个子结构单独进行损伤识别分析。子结构方法相比传统的整体结 构方法有诸多优势。第一，由于子结构的尺寸远小于整体结构的尺寸，因此 对子结构进行分析更加简单高效；第二，由于子结构方法在损伤识别过程中 以结构的局部区域为研究对象，因此子结构特性与整体结构特性相比对结构 局部损伤更加敏感；第三，仅需要对结构的部分区域进行测试和计算，避免 了对整个结构进行测试和计算。但是，通过传感器测量得到的结构响应为整 体结构的响应，如何从测得的整体结构响应中提取子结构特性非常具有挑战 性。

发明内容

鉴于现有技术中存在的技术缺陷和技术弊端，本发明实施例提供克服上 述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于子结构模态参数的损伤识 别方法及系统，具体方案如下：

作为本发明的第一方面，提供一种基于子结构模态参数的损伤识别方 法，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，获取各子结构损伤前后的模态参数变化，基于各子结构模态参 数变化，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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：