一种基于非迭代有限元模型修正的桥梁损伤识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于非迭代有限元模型修正的桥梁损伤识别方法，是利用桥梁在脉冲激励或环境激励作用下的加速度响应并通过随机子空间算法从加速度响应中识别桥梁的固有频率、阻尼比及振型，利用识别出的模态参数按照首选的方向和顺序重构状态空间矩阵的特征值和特征向量，以此作为非迭代有限元模型修正过程中模态参数赋值的目标，从而唯一地修正初始桥梁有限元模型的状态空间矩阵并通过状态空间矩阵计算出更新后的桥梁刚度和阻尼矩阵，再利用更新后的桥梁刚度矩阵中单元的变化识别桥梁损伤位置及其程度。本发明专利技术能够有效的解决现有大多数基于迭代有限元模型修正识别桥梁损伤计算工作量大，从而能提高识别损伤的效率，并降低计算成本。并降低计算成本。并降低计算成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非迭代有限元模型修正的桥梁损伤识别方法


[0001]本专利技术涉及于桥梁安全监测和检测领域，具体地说是一种基于非迭代有限元模型修正的桥梁损伤识别方法，更新结果可用于桥梁结构的损伤识别和安全评估等。

技术介绍

[0002]随着有限元法的发展，使用有限元模型可以计算桥梁各种荷载、各种边界条件下的动力响应，分析速度快，结构设计周期短，与结构动力试验比较效率高且费用低，而且还可以广泛应用于桥梁结构健康监测。因此，一个可靠比较准确的有限元模型是进行桥梁结构损伤识别、健康诊断以及桥梁工作状态评估与预估的基础，即损伤识别的前提是修正初始有限元模型。在初始有限元模型基础上更新桥梁刚度和阻尼矩阵方法可以用来进行结构损伤识别和健康状态评估，因为结构的损伤必然会带来结构参数的变化，结构参数的变化必然导致试验数据的变化，根据桥梁更新后的刚度和阻尼矩阵矩阵元素的数据变化识别结构损伤。在此结构健康监测技术中，应该使建立的桥梁有限元模型中的刚度和阻尼矩阵能够全面、正确地反映结构的真实状况。
[0003]目前为止，大量研究工作的开展形成了基于不同种类的桥梁有限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非迭代有限元模型修正的桥梁损伤识别方法，其特征包括以下步骤：步骤1：获取实际桥梁的基本参数，用于确定初始桥梁有限元模型；利用式(1)计算初始桥梁有限元模型的状态空间矩阵A
c
，从而得到所述状态空间矩阵A
c
的第i个特征值和第i个特征向量所构成的第i个特征对所构成的第i个特征对式(1)中，c表示连续时间域上初始桥梁的状态空间模型，n1表示初始桥梁有限元模型的自由度，Z(n1)，I(n1)分别是n1×
n1阶零矩阵和单位矩阵，M，C，K分别是初始桥梁有限元模型的n1×
n1阶时不变质量矩阵、阻尼和刚度矩阵；步骤2：识别连续时间域上实际桥梁有限元模型的状态空间矩阵：步骤2.1：将初始桥梁有限元模型相应的自由度节点作为加速度测点，利用加速度传感器获取实际桥梁加速度响应s(t)，通过随机子空间算法对加速度响应s(t)识别状态空间矩阵并对其进行标准化之后，再进行平均化，从而得到实际桥梁有限元模型离散时间域上不同阶数的状态空间矩阵A
′
r
；步骤2.2：通过零阶保持器方法将实际桥梁有限元模型离散时间域上不同阶数的状态空间矩阵A
′
r
变换到连续时间域上不同阶数的状态空间矩阵A
r
；步骤3：确定状态空间矩阵的可赋值的目标特征值和特征向量对步骤3.1：对不同阶数的A
r
计算其第2i个特征值及其相应的特征向量从而构成第2i个特征对步骤3.2：利用式(2)计算不同阶数的A
r
的第2i阶特征值从而根据不同阶数的A
r
的第2i阶特征值的虚部，计算出频率和阻尼比所构成的参数对再通过稳定图和相关的实际约束去除所述参数对的非物理根；式(2)和式(3)中，分别是实际桥梁在物理空间上第i阶模态的固有频率和阻尼比，k为复数单位；步骤3.3：利用式(3)和式(4)计算第i阶目标特征值i＝L2，
…
，2m1：：式(3)和式(4)中，分别是实际桥梁第i阶模态稳定的频率和阻尼比；步骤3.4：利用式(5)计算2n1阶数的状态空间矩阵A
r
的第2i阶特征值所对应的特征向量从而根据特征向量计算实际桥梁第i阶振型
步骤3.5：当初始桥梁有限元模型自由度小于等于阈值α时，利用式(6)和式(7)计算与目标特征值对应的目标特征向量当初始桥梁有限元模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺文宇，王亮，杨栋，张静，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：