基于混合监测的索结构中索系统的递进式健康监测方法

摘要

基于混合监测的索结构中索系统的递进式健康监测方法在以多类参量为被监测量的前提下，考虑到了被监测量的当前数值向量同被监测量的初始数值向量、单位损伤被监测量数值变化矩阵和当前名义损伤向量间的线性关系是近似的，特别是在受损索较多或且受损程度较大时，上述量之间的非线性关系特征更加明显。为克服此缺陷，本发明基于混合监测，给出了使用线性关系分段逼近非线性关系的方法，将大区间分割成连续的一个个小区间，在每一个小区间内上述线性关系都是足够准确的，在每一个小区间内可以利用多目标优化算法等合适的算法算出当前索损伤向量的非劣解，据此可以比较准确地确定受损索的位置及其损伤程度。

主权项

1.一种基于混合监测的索结构中索系统的递进式健康监测方法，其特征是该方法包括：a.设共有N根索，首先确定索的编号规则，按此规则将索结构中所有的索编号，该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵；b.确定指定的将被监测索力的索，给这些索编号；确定指定的将被监测应变的结构上的点，给这些点编号，确定将被监测应变的点的、将被监测的应变方向，并编号；确定指定的将被监测角度坐标的点，将会监测过这些指定点的一些指定直线的角度坐标的变化，给所有指定点编号，确定过这些测量点的被测量直线，给所有指定的被测量直线编号，确定每一被测量直线的被测量的角度坐标分量，给所有被测量角度坐标分量编号；确定指定的将被监测空间坐标的点，将会监测这些指定点的空间坐标，给所有指定点编号，确定被监测点的、被监测的坐标分量，并编号；上述所有的被监测点的个数之和与被监测量的个数之和一般不得小于索的数量，上述编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵；c.利用索的无损检测数据建立索系统初始损伤向量d¹_o；如果没有索的无损检测数据时，或者可以认为结构初始状态为无损伤状态时，向量d^l_o的各元素数值取0；d.在建立索系统初始损伤向量d¹_o的同时，直接测量计算得到索结构的所有指定的被监测量，组成“被监测量的初始数值向量C¹_o”；e.在建立索系统初始损伤向量d¹_o和被监测量的初始数值向量C¹_o的同时，实测得到索结构的所有索的初始索力数据，实测得到索结构的初始几何数据；f.根据索结构的设计图、竣工图和索结构的上述实测数据，建立索结构的力学计算模型，基于该模型计算所得的计算数据同上述实测数据越接近越好，其间的差异一般不得大于5％，此时该模型被称为结构的力学计算基准模型A¹；g.在力学计算基准模型Aⁱ的基础上进行若干次力学计算，通过计算获得“单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔCⁱ”和“名义单位损伤向量Dⁱ_u”；其中i表示循环次数，后面i及上标i都表示循环次数，i＝1，2，3，......；h.实测得到索结构的所有指定被监测量的当前实测数值，组成“被监测量的当前数值向量Cⁱ”，给本步及本步之前出现的所有向量的元素编号时，应使用同一编号规则，这样可以保证本步及本步之前出现的各向量的、编号相同的元素，表示同一被监测量的、对应于该元素所属向量所定义的相关信息；i.定义索系统当前名义损伤向量dⁱ_c和当前实际损伤向量dⁱ，损伤向量的元素个数等于索的数量，损伤向量的元素和索之间是一一对应关系，损伤向量的元素数值代表对应索的损伤程度或健康状态；j.依据“被监测量的当前数值向量Cⁱ”同“被监测量的初始数值向量Cⁱ_o”、“单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔCⁱ”和“当前名义损伤向量dⁱ_c”间存在的近似线性关系，该近似线性关系可表达为式1，式1中除dⁱ_c外的其它量均为已知，求解式1就可以算出当前名义损伤向量dⁱ_c；式1k.利用式2表达的当前实际损伤向量dⁱ同初始损伤向量dⁱ_o和当前名义损伤向量dⁱ_c的元素间的关系，计算得到当前实际损伤向量dⁱ的所有元素；式2式2中j＝1，2，3，……，N，由于当前实际损伤向量dⁱ的元素数值代表对应索的损伤程度，所以根据当前实际损伤向量dⁱ就能确定有哪些索受损及其损伤程度，即实现了索结构中索系统的健康监测；若当前实际损伤向量的某一元素的数值为0，表示该元素所对应的索是完好的，没有损伤的；若其数值为100％，则表示该元素所对应的索已经完全丧失承载能力；若其数值介于0和100％之间，则表示该索丧失了相应比例的承载能力；1.在求得当前名义损伤向量dⁱ_c后，按照式3建立标识向量Fⁱ，式4给出了标识向量Fⁱ的第j个元素的定义；式3式4式3、式4中元素Fⁱ_j是标识向量Fⁱ的第j个元素，Dⁱ_uj是名义单位损伤向量Dⁱ_u的第j个元素，dⁱ_cj是索系统当前名义损伤向量dⁱ_c的第j个元素，它们都表示第j根索的相关信息；两式中j＝1，2，3，……，N；m.如果标识向量Fⁱ的元素全为0，则回到第h步继续本次循环；如果标识向量Fⁱ的元素不全为0，则进入下一步、即第n步；n.根据式5计算得到下一次、即第i+1次循环所需的初始损伤向量dⁱ⁺¹_o的每一个元素dⁱ⁺¹_oj；式5式5中Dⁱ_uj是名义单位损伤向量Dⁱ_u的第j个元素，dⁱ_cj是索系统当前名义损伤向量dⁱ_c的第j个元素，Fⁱ_j是标识向量Fⁱ的第j个元素；式5中j＝1，2，3，……，N；o.在力学计算基准模型Aⁱ的基础上，令索的健康状况为dⁱ⁺¹_o后更新得到下一次、即第i+1次循环所需的力学计算基准模型Aⁱ⁺¹；p.通过对力学计算基准模型Aⁱ⁺¹的计算得到对应于模型Aⁱ⁺¹的结构的所有被监测量的数值，这些数值组成下一次、即第i+1次循环所需的被监测量的初始数值向量Cⁱ⁺¹_o；q.回到第g步，开始下一次循环。