基于结构振动响应的传感器优化布置方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于结构振动响应的传感器优化布置方法及系统，属于设备安全检测技术领域，包括：建立待监测结构的有限元模型，计算等效能量矩阵和等效能量矩阵对角线元素的平均值，从所有自由度出发，依次删去等效能量矩阵对角线上的最小值，同时删去其值代表的自由度，利用剩余自由度构造迭代矩阵，对迭代矩阵上的主对角元素进行排序，选出最小的元素并从模态矩阵中删去该元素对应的自由度向量，重复此步骤，直到剩余自由度的个数为所需布置的传感器数目，其中传感器将分别布置在剩余的自由度上。本发明专利技术不仅考虑了高能测点，提高了测点组合的抗噪性，还充分保证了测点组合的模态独立性和模态信息量，更适合实际工程实践中传感器优化布置的应用。器优化布置的应用。器优化布置的应用。

【技术实现步骤摘要】
基于结构振动响应的传感器优化布置方法及系统


[0001]本专利技术涉及设备安全检测
，具体涉及一种基于结构振动响应的传感器优化布置方法及系统。

技术介绍

[0002]设备结构健康监测是一种通过在结构特定部位安装传感器进行模态识别、分析与评估的结构无损检测技术。传感器的布置直接影响采集信号成分和质量的好坏，对结构健康监测有着至关重要的意义。如何布置传感器以利用有限数量的传感器采集最大限度反应结构的真实响应信息日渐成为结构健康监测的突出问题。
[0003]为解决传感器优化布置问题，现有的方法中，最具代表性的是具有严密数学理论基础，根据评价准则进行优化的传统方法，比如：有效独立法、模态动能法、QR分解法等等。但由于评价准则的片面性，这类方法都具有各自的局限性。随着智能优化算法的发展，传感器优化布置问题的解决也引入了具有很强适应性，对搜索技术进行优化的智能方法，比如：遗传算法、粒子群算法、人工鱼群算法、贝叶斯理论算法等等。这类方法的目的是搜索目标函数的全局最优值，因此目标函数的选取决定了优化的精度和收敛性。同时这类方法容易陷入局部最优，并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于结构振动响应的传感器优化布置方法，其特征在于，包括：建立待监测结构的有限元模型，选取模态数目，进行模态分析，得到待监测结构的模态向量矩阵、质量矩阵和刚度矩阵；根据模态向量矩阵、质量矩阵、刚度矩阵和模态数目，计算等效能量矩阵和等效能量矩阵对角线元素的平均值；从所有自由度出发，依次删去等效能量矩阵对角线上的最小值，同时删去其值代表的自由度，直到删去的最小值大于对角线元素的平均值或者剩余待选自由度个数等于需要布置的传感器数目的2倍；利用剩余自由度构造迭代矩阵，对迭代矩阵上的主对角元素进行排序，选出最小的元素并从模态向量矩阵中删去该元素对应的自由度向量，继续构造迭代矩阵进行模态向量矩阵中自由度向量的删除，直到剩余自由度的个数为所需布置的传感器数目，其中传感器将分别布置在剩余的自由度上。2.根据权利要求1所述的基于结构振动响应的传感器优化布置方法，其特征在于，计算等效能量矩阵，包括：计算待监测结构的第i个自由度第k阶模态对应的模态动能和模态应变能；对模态动能和模态应变能作归一化变换；取归一化变换后的模态动能和归一化变换模态应变能的和作为第i个自由度第k阶模态对应的相对总能量，计算等效能量矩阵。3.根据权利要求2所述的基于结构振动响应的传感器优化布置方法，其特征在于，第i个自由度第k阶模态对应的模态动能MKE
ik
为：其中，φ
ik
表示第i个自由度第k阶模态向量矩阵，M
ij
表示质量矩阵第i行第j列的值，φ
jk
表示第j个自由度第k阶模态分量。4.根据权利要求3所述的基于结构振动响应的传感器优化布置方法，其特征在于，第i个自由度第k阶模态对应的模态应变能MSE
ik
为：其中，K
ij
表示刚度矩阵第i行第j列的值。5.根据权利要求4所述的基于结构振动响应的传感器优化布置方法，其特征在于，对模态动能和模态应变能作归一化变换，包括：其中，GMKE
ik
表示归一化变换后的模态动能，GMSE
ik
表示归一化变换后的模态应变能，n表示所有自由度个数，N...

【专利技术属性】
技术研发人员：史红梅，余祖俊，朱力强，许西宁，郭保青，王尧，孙傲雨，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：