[发明专利]一种轻质高强梁结构损伤识别方法

摘要

本发明涉及一种轻质高强梁结构损伤识别方法，本发明所述方法基于附加质量的频率灵敏度损伤方程和模态应变能损伤方程，得到结构的综合损伤指标，对轻质高强梁进行损伤位置和损伤程度的识别。本发明利用模态振型和模态应变能计算的损伤指标能够准确地表述轻质高强结构的损伤位置和损伤程度，计算的损伤参数更加准确，求解结构损伤参数的方法比现有技术相比更加准确。

主权项

一种轻质高强梁结构损伤识别方法，其特征在于所述方法基于附加质量的频率灵敏度损伤方程和模态应变能损伤方程，得到结构的综合损伤指标，对轻质高强梁进行损伤位置和损伤程度的识别；一、所述方法需要依据的计算公式：首先，附加质量的频率灵敏度法确定结构损伤，计算公式为(1)式：γ=S+Sm+Δλ---(1)]]>式中，γ为结构单元的损伤参数，无量纲，S+为频率灵敏度矩阵的广义逆矩阵，Sm+为附加质量后频率灵敏度矩阵的广义逆矩阵，Δλ为结构损伤前后的固有频率差，单位为赫兹；Δλ、S、Sm、γ的具体表达式如下式(2)：Δλ=(Δλ1Δλ2...Δλn|Δλ1mΔλ2m...Δλnm)T]]>γ＝(γ1 γ2 … γN)T式中，n为模态阶数，上标m表示附加质量，N为梁结构沿长度方向划分单元数，△λi、为附加质量前后第i阶模态下固有频率的变化量，表达式如下式(3)所示：Δλi=λi*-λiΔλim=λi*m-λim---(3)]]>式中，为结构损伤后的固有频率，λi为结构损伤前的固有频率，为结构损伤后附加质量的固有频率，为结构损伤前附加质量的固有频率；S、Sm中元素和的表达式如下式(4)：式中，为附加质量前结构第i阶模态振型，为的转置向量，为附加质量后结构第i阶模态振型，为的转置向量，Kj为结构j单元的刚度矩阵在整体坐标系下的贡献矩阵，即其中，EI为梁的单元弯曲刚度，l为单元长度。其次，基于模态应变能法计算结构损伤，公式为(5)式：式中，γ*为基于模态应变能法的损伤指标，梁结构单元损伤前后第i阶模态下j单元的模态应变能Uij和的表达式为下式(6)：式中，为梁结构损伤后第i阶模态振型，为的转置向量；然后，对(5)式进行归一化处理如下式(7)：最后，将附加质量频率灵敏度损伤指标γ与模态应变能法损伤指标按下式(8)融合：式中，向量γ与向量为点乘关系，即对应单元基于两种损伤识别方法的损伤指标相乘。二、所述方法的具体步骤如下：步骤(一)：选取与待检测梁试件相同规格且无损伤的试件；步骤(二)：沿梁长度方向划分为N个单元，测量梁单元长度l；步骤(三)：利用梁弯曲实验得到梁的弯曲刚度EI，单位为牛顿·米2；步骤(四)：计算单元刚度矩阵Kj；步骤(五)：在两个试件上布置加速度传感器，进行模态分析实验，得到低阶模态固有频率λi、和模态振型步骤(六)：在两个试件上附加质量快，再次进行模态分析实验，得到附加质量后的低阶模态固有频率和模态振型步骤(七)：根据式(2)求附加质量前后频率灵敏度矩阵S的逆S+以及Sm的逆Sm+；步骤(八)：将步骤(五)、步骤(六)和步骤(七)得到的参数代入式(1)，得到结构损伤程度参数γ；步骤(九)：将步骤(四)和步骤(五)得到的参数代入式(5)，得到结构损伤指标步骤(十)：将步骤(九)得到的参数经过式(7)处理，然后与步骤(八)得到的参数代入式(8)，得到综合后的损伤指标，既能识别损伤位置，又能较精确地识别损伤程度。