[发明专利]一种桁架杆件轴向刚度退化的识别与定位方法

摘要

本发明公开了一种桁架杆件轴向刚度退化的精确识别与定位方法，包括如下步骤：长期监测和采集桁架结构各杆件的温度和轴力数据；以天为时间单位计算各杆件轴力与温度之间的线性斜率值；计算各杆件线性斜率值的差分值；计算每个杆件的线性斜率值受各杆件轴向柔度影响的偏导数值；建立各杆件差分值与偏导数值、轴向柔度增量系数之间的全微分方程；求解每个杆件轴向柔度增量系数随天数变化的时间序列；利用时间序列的变化趋势对桁架杆件的轴向刚度进行退化识别与定位。本发明利用各杆件差分值与偏导数值、轴向柔度增量系数之间的全微分方程，可计算得到各杆件轴向柔度增量系数的唯一解，从而实现对桁架杆件轴向刚度退化的精确识别和定位。

主权项

1.一种桁架杆件轴向刚度退化的识别与定位方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤(1)：长期监测和采集桁架结构各杆件的温度和轴力数据：在桁架结构各杆件中间安装温度传感器和力传感器，对各杆件温度和轴力进行长期监测和数据采集，其中第i个杆件在第j天采集的温度数据记为Ti,j，第i个杆件在第j天采集的轴力数据记为Si,j，i＝1,2,...,I,j＝1,2,...,J，I为桁架中所有杆件的总个数，J为大于等于2的正整数；步骤(2)：以天为时间单位计算各杆件轴力与温度之间的线性斜率值：利用下式计算各杆件轴力与温度之间的线性斜率值：式中，ki,j表示第i个杆件在第j天轴力与温度之间的线性斜率值，Ni,j表示第i个杆件在第j天采集的温度数据或轴力数据的总个数，Ti,j,p表示Ti,j中的第p个值，Si,j,p表示Si,j中的第p个值，p＝1,2,...,Ni,j；步骤(3)：计算各杆件线性斜率值的差分值：利用下式计算第i个杆件线性斜率值的第m个差分值ci,m：ci,m＝ki,m+1‑ki,1,其中m＝1,2,...,J‑1式中，ki,m+1、ki,1分别表示第i个杆件在第m+1天、第1天轴力与温度之间的线性斜率值；步骤(4)：计算每个杆件的线性斜率值受各杆件轴向柔度影响的偏导数值：根据各杆件的材料参数和几何参数，借助有限元分析软件建立桁架结构有限元模型，对所有杆件施加温度荷载F，通过有限元分析得到第i个杆件的轴力Ri；利用下式计算F与Ri之间的线性斜率值：式中，ρi表示F与Ri之间的线性斜率值，Fq表示F中的第q个值，Ri,q表示Ri中的第q个值，M表示F或Ri的数据总个数；将桁架结构有限元模型中第l个杆件的轴向柔度升至原来的g倍，l＝1,2,...,I，后对所有杆件施加温度荷载F，通过有限元分析得到第i个杆件的轴力利用下式计算F与之间的线性斜率值：式中，表示F与之间的线性斜率值，表示中的第q个值；计算第i个杆件的线性斜率值受第l个杆件轴向柔度影响的偏导数值di,l：式中，Ll表示第l个杆件的长度，El表示第l个杆件的弹性模量，Al表示第l个杆件的横截面面积；步骤(5)：建立各杆件差分值与偏导数值、轴向柔度增量系数之间的全微分方程：利用下式建立各杆件差分值与偏导数值、轴向柔度增量系数之间的全微分方程：式中，δl,m表示第l个杆件的第m个轴向柔度增量系数，是待求解变量；步骤(6)：求解每个杆件轴向柔度增量系数随天数变化的时间序列：将步骤(3)的所有ci,m值和步骤(4)的所有di,l值代入步骤(5)的公式共得到I×(J‑1)个方程，待求解变量δl,m共计I×(J‑1)个，因此联立所有方程得到δl,m的唯一解,δl,1,δl,2,...,δl,J‑1组成第l个杆件轴向柔度增量系数随天数变化的时间序列；步骤(7)：利用时间序列的变化趋势对桁架杆件的轴向刚度进行退化识别与定位：若δl,1,δl,2,...,δl,J‑1呈现出平稳趋势，则第l个桁架杆件的轴向刚度未出现退化趋势；若δl,1,δl,2,...,δl,J‑1呈现出逐渐上升趋势，则第l个桁架杆件的轴向刚度已出现退化趋势。