【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构健康监测领域，是一种基于振型曲率不确定性量化的结构概率损伤识别及风险分析方法。
技术介绍
1、桥梁结构在服役过程中由于恶劣的服役环境，不可避免地会发生损伤。为了保障结构服役期间的安全，避免造成较大的安全威胁，需要定期检查结构的状态，确定结构损伤发生位置和损伤严重程度，为结构的维护提供依据。
2、在基于振动的结构损伤识别中，最常用的方法是利用接触式或非接触式传感技术获取的振动响应来确定结构动力参数，如模态频率、模态阻尼、模态振型、模态缩放系数和模态柔度等，通过比较结构的未损坏动力参数和损坏后的动力参数来识别结构损伤。该方法具有直接的物理解释且模态参数容易获得的特点。然而现场实测中存在着噪声、测量误差、模型误差等不确定性因素干扰，导致所获得的模态参数也存在不确定性，基于振动的结构损伤识别方法在实际结构诊断中难以投入应用。因此在利用模态参数进行结构损伤识别时，需要考虑模态参数中的不确定性。目前考虑不确定性的损伤识别大多到参数，针对考虑损伤发生可能性和损伤危害的风险评估缺少深入研究。
技术实现思路
1、针对现有考虑不确定性损伤指标的不足，本专利技术提出一种基于振型曲率不确定性量化的结构概率损伤识别及风险分析方法。考虑结构位置损伤概率、损伤灵敏度与损伤程度综合影响的结构损伤期望，以对结构可能发生损伤的位置进行基于概率统计的风险分析。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术措施为：
3、1)步骤一：待评估区域振型曲率，曲率差不确定性量化。
4、2)步骤二：定义各区域损伤危害程度。根据所获得的振型曲率和曲率差进一步计算结构损伤危害程度；
5、3)步骤三：损伤概率计算。根据所确定的损伤前后的振型曲率及其不确定性，计算损伤发生概率；
6、4)步骤四：损伤风险计算。根据各阶参数所获得的结构损伤危害程度和损伤概率计算损伤风险。
7、所述步骤1中，初步确定结构待评估区域，通过接触或非接触的方式布设传感器对基准和待诊断结构进行振动测试，测量结构响应。
8、所述步骤1中，利用采集到的响应数据，通过随机子空间识别结构损伤前后第i阶振型曲率φ”i(x)和φ”id(x)，并对其进行不确定性量化，获得曲率置信区间cov(φ”i(x)和cov(φ”id(x)。
9、所述步骤2中，根据所获非零区域的振型曲率对曲率差进行归一化，可以得到只包含结构损伤程度的常量λi(x)：
10、
11、其中，λi(x)为位置x第i阶归一化曲率差(只包含结构损伤程度的常量)，φ”i(x)为第i阶振型曲率，曲率差计算如下：
12、mdi(x)＝φ”id(x)-φ”i(x)
13、所述步骤3中，将φ”i(x)和φ”id(x)作为随机变量时，假设其服从正态分布，则损伤前后振型曲率概率密度函数为：
14、
15、
16、其中，μ和μd为识别的未损伤振型曲率φ”i(x)和受损振型曲率φ”id(x)均值，σ＝cov(φ”i(x)，σd＝cov(φ”id(x)。
17、所述步骤3中，根据所得振型曲率概率密度函数进一步计算损伤发生概率pfi(x)：
18、
19、其中，l1表示φ”i(x)概率置信区间的下界，l1表示φ”i(x)概率置信区间的上界，φ”i(x)在区间(l1,l2)置信区间为(μ-3σ,μ+3σ)，pfi(x)可以表示损伤概率。
20、所述步骤4中，根据所得损伤发生概率pfi(x)和损伤程度进一步计算损伤期望：
21、emdi(x))＝mdni(x)×pfi(x)
22、其中，emdi(x))为根据对应模态参数计算的损伤期望，曲率差能够指示结构损伤位置，其大小与损伤程度以及曲率本身有关，当参数识别有一定的准确性时，通过对曲率差归一化可以获得结构损伤严重程度；根据损伤前后曲率及其不确定性则能够获得各个区域损伤真实发生的概率，根据所得损伤概率和损伤严重程度进一步评估结构损伤风险，指导采取相应的维护策略。
23、有益效果：本专利技术基于振型曲率与曲率差之间的关系，获得了归一化曲率差间接评估结构受损程度，并根据损伤前后振型曲率及其不确定性评估各区域损伤发生概率，并利用归一化曲率差和损伤概率构建损伤风险指标，评估结构状态。综合损伤程度和损伤发生概率的风险指标能够在噪声干扰获得较好的损伤定位效果，评估结构损伤风险，为梁结构的损伤识别提供了一种有效的新方法。
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1.一种基于振型曲率不确定性量化的结构概率损伤识别及风险分析方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于振型曲率不确定性量化的结构概率损伤识别及风险分析方法，其特征在于：所述步骤1中，所述步骤1中，根据所测结构响应识别损伤前后的振型曲率φ”(x)及其不确定性cov(φ”(x))，进一步计算曲率差MDi(x)及其不确定性cov(MDi(x))。
3.根据权利要求1所述的基于振型曲率不确定性量化的结构概率损伤识别及风险分析方法，其特征在于：所述步骤2中，损伤程度与振型曲率和曲率差有关，根据所获得非零节点的振型曲率对曲率差进行曲率归一化，可以得到只包含结构损伤程度的常量Λi(x)：
4.根据权利要求1所述的基于振型曲率不确定性量化的结构概率损伤识别及风险分析方法，其特征在于：所述步骤3中，将φ″i(x)和φ″id(x)作为随机变量时，假设其服从正态分布，则损伤前后振型曲率概率密度函数为：
5.根据权利要求1所述的基于振型曲率不确定性量化的结构概率损伤识别及风险分析方法，其特征在于：所述步骤3中，根据所得振型曲率概率密度函数
6.根据权利要求1所述的基于振型曲率不确定性量化的结构概率损伤识别及风险分析方法，其特征在于：所述步骤4中，根据所得损伤发生概率pfi(x)和损伤程度进一步计算损伤期望：
...【技术特征摘要】
1.一种基于振型曲率不确定性量化的结构概率损伤识别及风险分析方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于振型曲率不确定性量化的结构概率损伤识别及风险分析方法，其特征在于：所述步骤1中，所述步骤1中，根据所测结构响应识别损伤前后的振型曲率φ”(x)及其不确定性cov(φ”(x))，进一步计算曲率差mdi(x)及其不确定性cov(mdi(x))。
3.根据权利要求1所述的基于振型曲率不确定性量化的结构概率损伤识别及风险分析方法，其特征在于：所述步骤2中，损伤程度与振型曲率和曲率差有关，根据所获得非零节点的振型曲率对曲率差进行曲率归一化，可以得到只包含结构损伤程度的常...
【专利技术属性】
技术研发人员：李攀杰，谢卫伟，赵痛快，姜正凯，崔灿，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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