大型结构物无损伤的健康检测方法

摘要

本发明是大型结构物无损伤的健康检测方法，其步骤有：存储步骤；识别定位步骤；损伤程度评估步骤；比较确定步骤。根据这个方法可有效地监测出结构物损伤位置并验证诊伤结果的正确性。应用本检测方法中的结构拉压模态应变能诊伤指标(AMSECR)；和/或结构弯曲模态应变能诊伤指标(TMSECR)，计算诊伤指标的数值：从而诊断确定结构损伤位置。在诊断确定损伤程度的过程中，根据计算的诊伤指标数值，依据SD_j≥-1，确定结构损伤程度；进一步确定结构物安全/或不安全。本发明提出适用于大型结构实时监测的方法，用于建立结构物健康监测系统，提高结构物的疲劳寿命和极大环境载荷下的生存能力，以达到提高结构物的安全性、经济性以及使作业人员有安全感。

主权项

1、一种基于大型在役结构物动力特性的无损检测方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：(1)存储步骤：首先，将上述结构物未损伤状态下即在结构设计阶段的环境激励下的结构动力响应数据存储入专用存储器中；其次，将上述结构物的在役结构动力状态下即结构服役阶段的环境激励下的传感器实测的结构动力响应数据存储入专用存储器中；(2)识别定位步骤：利用自然激励技术识别出上述结构物损伤前、后的模态参数，确定结构构件损伤出现的位置；即首先，将模态参数扩阶；其次，应用有限元模型将传感器实测的自由度凝聚；再次，进行结构环境激励下的模态参数识别：应用模态应变能分解法诊断上述结构物的具体损伤位置；(3)损伤程度评估步骤：利用结构拉压模态应变能变化指标和结构弯曲模态应变能变化指标，分析评估上述结构物损伤构件的损伤程度；(4)比较确定步骤：根据上述步骤(3)，确定上述结构物构件损伤程度的评估指标数值在：-1≤SD_j≤0范围内，式中SD_j表示结构构件的损伤程度；所述的(2)识别定位步骤中应用模态应变能分解法诊断结构物的损伤位置具体为：1)、使用结构拉压模态应变能诊伤指标：$Z_j^a=\frac{{\beta }_j^a-\overline{{\beta }^a}}{{\sigma }_{{\beta }^a}}$①式中结构拉压模态应变能变化为：${\beta }_j^a=\underset{i=1}{\overset{N_m}{\Sigma }}\frac{({{\Phi }_i^{*}}^T{K}_{j0}^a{\Phi }_i^{*}+{{\Phi }_i^{*}}^T{K}_0^a{\Phi }_i^{*}){{\Phi }_i}^T{K}_0^a{\Phi }_i}{({{\Phi }_i}^T{K}_{j0}^a{\Phi }_i+{{\Phi }_i}^T{K}_0^a{\Phi }_i){{\Phi }_i^{*}}^T{K}_0^a{\Phi }_i^{*}}$②式中Φ_i，Φ_i^*分别指结构损伤前和损伤后的模态振型，其中上标″T″指转置，K_j0＝K_j/E_i，其中K_j是j单元未损伤系统刚度矩阵，K_j0^a是j单元的拉压刚度矩阵，K₀^a是通过单元矩阵K_j0^a组装起来的拉压系统矩阵；β_j^a还表示之比，E_j^a，各表示结构j单元未损伤和损伤后的结构构件弹性模量，来估计上述结构物的构件损伤位置；和2)、使用结构弯曲模态应变能诊伤指标：$Z_j^t=\frac{{\beta }_j^t-\overline{{\beta }^t}}{{\sigma }_{{\beta }^t}}$③式中结构弯曲模态应变能变化为；${\beta }_j^t=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{NM}}{\Sigma }}\frac{({{\Phi }_i^{*}}^T{K}_{j0}^t{\Phi }_i^{*}+{{\Phi }_i^{*}}^T{K}_0^t{\Phi }_i^{*}){{\Phi }_i}^T{K}_0^t{\Phi }_i}{({{\Phi }_i}^T{K}_{j0}^t{\Phi }_i+{{\Phi }_i}^T{K}_0^t{\Phi }_i){{\Phi }_i^{*}}^T{K}_0^t{\Phi }_i^{*}}$④式中Φ_i，Φ_i^*分别指结构损伤前和损伤后的模态振型，其中上标″T″指转置，K_j0＝K_j/E_j，其中K_j是j单元未损伤系统刚度矩阵，K_j0^t是j单元的弯曲刚度矩阵，K₀^t是通过单元矩阵K_j0^t组装起来的弯曲系统矩阵；β_j^t还表示之比，E_j^t，各表示结构j单元未损伤和损伤后的结构构件弹性模量，来估计上述结构物的构件损伤位置；β^a、β^t是对应指标β^a和β^t的均值，是指标准方差；所述的(3)损伤程度评估步骤中分析评估结构损伤程度是，利用上述结构物的拉压模态应变能变化指标即${\mathrm{SD}}_j={\alpha }_j^a=\frac{E_j^{a^{*}}-E_j^a}{E_j^a}=\frac{1}{{\beta }_j^a}-1$⑤式中SD_j≥-1，来估计上述结构物的构件损伤程度；和利用上述结构物的弯曲模态应变能变化指标即${\mathrm{SD}}_j={\alpha }_j^t=\frac{E_j^{t^{*}}-E_j^t}{E_j^t}=\frac{1}{{\beta }_j^t}-1$⑥式中SD_j≥-1，来估计上述结构物的构件损伤程度；确定上述结构物的构件损伤程度判断指标：如果SD_j＝0，则表示上述结构物的j单元结构构件没有损伤；如果SD_j＝-1，则表示上述结构物的j单元结构构件的刚度完全丧失；结构构件的损伤程度评估指标数值在：-1≤SD_j≤0范围内。