【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于结构健康监测领域，涉及板结构理论损伤程度计算方法，具体地说是涉及一种裂纹板单元损伤程度计算方法。
技术介绍
1、近年来我国旧桥越来越多，出现的问题也日益显著。各种桥梁损伤形式中，裂纹是一种较为常见的损伤形式，对桥梁的承载能力和后续寿命都有极大的影响。尽管基于静力指标对梁结构的损伤识别方法进行了较多研究，但横向裂纹理论损伤计算方法并不多。而损伤识别时测点间距通常是固定的，当结构发现损伤时，很可能是两测点之间产生局部损伤，此时，两测点间的等效损伤程度是多少q？该问题是合理解读损伤定量指标结果的关键问题，由于损伤程度定量难度较大，目前鲜见进行试验验证的文献报道。
2、本方法将裂纹产生的影响转换为裂纹所在位置及周围存在无应力区，基于线刚度理论，利用裂纹板结构挠度曲率损伤识别理论，依据单元损伤程度等效，进而推算裂纹应力扩散角，分析扩散角与模型尺寸之间的关系，建立裂纹板单元损伤程度的计算公式，计算单元理论损伤程度，为结构损伤识别试验提供理论基础。
技术实现思路
1、针对板裂纹损伤的板单元损伤程度理论值的计算问题，本专利技术提出一种裂纹板单元损伤程度计算方法。
2、本专利技术所述裂纹板单元损伤程度计算方法，步骤如下：
3、（1）对裂纹板设置合适的测点数量，相邻测点之间的板段记为一个单元，测点单元长度为，使裂纹开在测点单元中间；
4、（2）根据板单边裂纹长度和板模型宽度，计算裂纹相对宽度；
5、（3）根据板模型宽度和板模型厚
6、（4）依据等效裂纹板单元损伤程度，计算裂纹应力扩散角，裂纹应力扩散方式为直线型扩散，计算方法为：
7、；
8、当时：
9、；
10、；
11、；
12、当时：
13、；
14、；
15、；
16、当时：
17、；
18、；
19、；
20、其中和分别是裂纹应力扩散角计算公式的二次项系数、一次项系数和常数项；
21、（5）计算未损伤板的单元线刚度，计算方法为：
22、；
23、其中为材料的弹性模量，为未损伤板截面惯性矩，；
24、（6）计算裂纹板损伤单元未损伤板段的线刚度，计算方法为：
25、；
26、其中为裂纹板损伤单元未损伤部分一侧长，其中，为裂纹板损伤单元应力扩散部分一侧的板段长，其中；
27、（7）计算裂纹板损伤单元应力扩散部分板段的线刚度：
28、裂纹板损伤单元应力扩散部分一侧的板段长为，将其等效为长的个小段串联而成，为应力扩散部分一侧板段划分数目，每个小段均为矩形截面，第个小段的无应力区宽度：
29、；
30、应力扩散部分第段的板截面宽度为：
31、；
32、应力扩散部分第段的板截面惯性矩为：
33、；
34、长为的第个小段线刚度：
35、；
36、通过串联方法计算裂纹板损伤单元应力扩散部分板段的线刚度：
37、；
38、（8）通过串联方法计算裂纹板损伤单元的线刚度：
39、；
40、（9）计算裂纹板单元损伤程度：
41、；
42、（10）归一化回归修正裂纹应力扩散角的裂纹板单元损伤程度
43、扩散角增长率
44、为验证裂纹板模型的长度对裂纹应力扩散角大小是否有较大影响，取高宽比相同，高跨比不同的裂纹板模型计算裂纹应力扩散角增长比例；取高跨比为0.001的扩散角作为基准数据，可得裂纹应力扩散角在高跨比影响下的增长率；
45、归一化处理
46、为统一修正系数，取高宽比的裂纹应力扩散角数据作为目标函数，以最小方差为目标，使用matlab优化其他高宽比的裂纹应力扩散角数据，得到优化系数和优化后的扩散角增长率；
47、平均相同高跨比的优化扩散角增长率数据，最后进行归一化处理，归一化扩散角增长率，公式如下：
48、
49、板裂纹单元损伤程度计算公式修正
50、拟合不同高宽比的裂纹应力扩散角增长率终值，再根据归一化扩散角增长率返回真实增长率，计算公式如下：
51、
52、
53、对原扩散角进行修正，得到修正后的裂纹应力扩散角代入原公式计算，计算公式如下：
54、
55、
56、为计算模型换算为、推算模型时高跨比的裂纹应力扩散角增长率。
57、修正后的板裂纹单元损伤程度计算公式为：
58、
59、上式中，下标表示优化optimization,适用于。
60、具体的，步骤（1）中，测点单元长度不小于板模型宽度，并且测点数量不少于4。
61、具体的，步骤（4）、（7）、（9）中应力扩散部分一侧的板段划分数目不小于100。
62、具体的，步骤（2）、（4）、（7）~（10）中板单边裂纹长度小于板的半宽度。
63、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术基于梁结构挠度曲率损伤识别理论，依据等效单元损伤程度，反推出裂纹应力扩散角，通过应力扩散角计算裂纹板的单元损伤程度，通过归一化回归修正裂纹应力扩散角的方法，进一步提高了裂纹板单元损伤程度的计算精度和适用范围，并通过了大量算例验证了方法的适用性，为板结构损伤识别试验提供理论基础。
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1.一种裂纹板单元损伤程度计算方法，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述裂纹板单元损伤程度计算方法，其特征在于：步骤（1）中，测点单元长度不小于板模型宽度，并且测点数量不少于4。
3.根据权利要求1所述裂纹板单元损伤程度计算方法，其特征在于：步骤（4）、（7）、（9）中应力扩散部分一侧的板段划分数目不小于100。
4.根据权利要求1所述裂纹板单元损伤程度计算方法，其特征在于：步骤（2）、（4）、（7）~（10）中板单边裂纹长度小于板的半宽度。
【技术特征摘要】
1.一种裂纹板单元损伤程度计算方法，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述裂纹板单元损伤程度计算方法，其特征在于：步骤（1）中，测点单元长度不小于板模型宽度，并且测点数量不少于4。
3.根据权利要求1所述裂纹板单元...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐盛华，彭海龙，张学兵，秦付倩，殷新锋，康振兴，蔡祎璞，陈则良，谢轩，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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