基于附加虚拟质量的框架结构损伤方法

摘要

本发明公开了一种基于附加虚拟质量的框架结构损伤方法，属于质量结构监测技术领域。其特征是，利用一个加速度传感器和模态力锤对框架中各构件分别测量来识别框架结构的损伤。对框架中的构件逐个进行局部动力测试，利用虚拟变形法由测量的加速度响应和激励时程构造加虚拟质量后的频率响应，从而实现在各个构件上附加虚拟质量，提高各构件对损伤的灵敏度。本发明克服了框架结构对局部损伤不敏感和损伤定位的困难，实际操作简单、成本低廉和识别准确等特点，具有很好的应用前景。

主权项

1.一种基于附加虚拟质量的框架结构损伤方法，其特征在于，利用一个加速度传感器和一个模态力锤对框架结构中各个构件进行局部动力测试，如果框架由n个构件组成，则需进行n次局部动力测试；在第i次局部动力测试时，将传感器垂直于第i个构件布置在其中间，用模态力锤沿传感器测量方向和位置激励，同时测量加速度响应y_i(t)和激励f_i(t)，对测量数据进行傅立叶变换分别获得频域的Y_i(ω)和F_i(ω)；利用理论有限元模型计算附加质量m后各阶频率关于第i个构件损伤的灵敏度，从中估计和挑选出最佳质量m_i和模态阶数k_i，使其相对灵敏度达到最大，即m_i和k_i满足公式（4）；式（4）中为在第i个构件附加质量m后第j阶频率关于第i个构件的相对灵敏度，为对应的第j阶频率关于第i个构件的灵敏度计算公式，ω_ji(m)为在第i个构件中间附加质量m所对应理论模型的第j阶频率；将m_i、Y_i(ω)和F_i(ω)代入公式(3)构造出附加质量后的频率响应由识别出频率，并将第k_i阶频率挑选出来，记为$H_i^v(\omega ,m)=\frac{H_i\left(\omega \right)}{1+m{H}_i\left(\omega \right)}=\frac{Y_i\left(\omega \right)}{F_i\left(\omega \right)+m{Y}_i\left(\omega \right)}---\left(3\right)$框架含有n个构件，针对每个构件都在附加一定虚拟质量后构造出一个对其灵敏度最高的频率那么构造n个频率，每个频率都会对对应的构件具有最高的灵敏度，将这n个构造的频率作为优化的目标，结合理论有限元模型，由公式（8）和（9）利用基于灵敏度的方法迭代优化各个构件的损伤因子；Δω＝β^AΔμ               (9)；上式（8）和（9）中参数含义如下：μ＝{μ₁,μ₂，…，μ_n}^T为构件损伤因子排列而成的列向量，为待识别的值，为有限元损伤因子的初始值，Δμ为损伤因子的实际值与初始值的差值，为利用实测数据构造出的附加虚拟质量m_i后，关于第i个构件灵敏度最高的频率，${\omega }^A\left({\mu }^0\right)={\{{\omega }_1^A\left(\mu \right),{\omega }_2^A\left(\mu \right),···,{\omega }_n^A\left(\mu \right)\}}^T,$${\omega }_i^A\left(\mu \right)$表示结构的损伤因子为μ时在第i个构件上附加最佳质量后所挑选出来的灵敏度最高的频率，Δω为实测构造频率与理论有限元频率的差值。