一种可并行计算的结构动荷载与局部损伤同时识别方法技术

本发明专利技术公开了一种可并行计算的结构动荷载与局部损伤同时识别方法，包括如下步骤：1)在梁式结构表面布置加速度传感器采集结构响应，并结合移动时间窗将结构响应按二维矩阵形式存储；2)采用梁单元建立有限元模型，并将梁单元分成neg个分组，构建neg个可独立运行的识别子任务；3)针对每一个子任务，以该分组包含的单元损伤因子为优化参量，结合矩阵正则化构建优化目标函数；4)采用梯度下降法对每一个子任务进行并行求解；5)综合目标函数值、识别荷载稀疏度和损伤单元数确定最终的识别结果。本发明专利技术适用于并行计算，可实现对结构动荷载与结构局部损伤的同时识别，适用于时间跨度长的动荷载与局部损伤同时识别问题的整体稀疏性求解。解。解。

【技术实现步骤摘要】
一种可并行计算的结构动荷载与局部损伤同时识别方法


[0001]本专利技术属于并行计算
，尤其涉及一种可并行计算的结构动荷载与局部损伤同时识别方法。

技术介绍

[0002]对于承受动荷载的工程结构而言，动荷载是影响结构动力行为的主要外因。准确监测结构动荷载有利于运维管理，对保障结构的安全运营具有重要的意义。实践中，常用的动荷载拾取方法可以分为两大类，其一是利用力传感器进行直接测量，其二是基于结构响应进行间接反演。直接识别法一般将力传感器安装在动荷载作用的位置，无需复杂算法即可直接拾取结构动荷载。但是，受使用环境、设备费用和安装困难等诸多因素的影响，直接测量法在实践中有时难以应用。与直接测量法不同，间接测量法是利用结构实测的响应，如加速度、位移、应变等，结合结构的动力映射特征构建荷载识别方程，并通过一定的算法进行求解。间接测量法相比于直接测量法具有独特优势，可广泛应用于多种动荷载难以直接测量的工况，典型如风荷载、桥梁移动荷载等。
[0003]除了结构动荷载外，工程结构本身的动力参数变化也是影响结构动力行为的一个重要因素。工程结构自服役本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可并行计算的结构动荷载与局部损伤同时识别方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1、在梁式结构表面布置加速度传感器采集结构响应，结合移动时间窗将结构响应按二维矩阵形式存储；S2、使用梁单元建立有限元模型，并将梁单元分成n
eg
个分组，构建n
eg
个可独立运行的识别子任务；S3、针对每一个识别子任务，以该分组包含的梁单元损伤因子为优化参量，结合矩阵正则化构建优化目标函数；S4、使用梯度下降法对每一个识别子任务进行并行求解；S5、综合目标函数、识别荷载稀疏度确选动荷载与结构损伤最终识别结果。2.根据权利要求1所述的可并行计算的结构动荷载与局部损伤同时识别方法，其特征在于，所述在梁式结构表面布置加速度传感器采集结构响应，结合移动时间窗将结构响应按二维矩阵形式存储，具体步骤为：S101、在梁式结构表面均匀布置加速度传感器，所述加速度传感器用于记录结构的加速度时程响应；S102、结合移动时间窗，将记录结构的加速度时程响应用矩阵形式表示为：其中，B表示包含全部测点响应信息的矩阵，下标N
s
表示测点的数量为N
s
个，B
i
表示为对于第i个测点的响应，所述B
i
表示为：其中，w(斜体)表示时间窗的个数，k(斜体)是每个时间窗包含的采样点数，k0是两个相邻时间窗重叠部分采样点数，b
i
表示第i(斜体)个采样点对应的加速度响应。3.根据权利要求1所述的可并行计算的结构动荷载与局部损伤同时识别方法，其特征在于，所述使用梁单元建立有限元模型，并将梁单元分成n
eg
个分组，构建n
eg
个可独立运行的识别子任务，具体步骤为：S201、使用2节点4自由度的梁单元建立梁式结构的有限元模型；S202、将结构的梁单元划分成n
eg
个分组，每个分组包含的梁单元数可调整，所述可调整
为允许一个梁单元被包含在不同分组中；S203、每个梁单元分组构建一个荷载与损伤同时识别子任务，共需生成n
eg
个可并行计算的识别子任务，每个识别子任务仅认为该分组包含的梁单元发生损伤，其余梁单元均为健康。4.根据权利要求1所述的可并行计算的结构动荷载与局部损伤同时识别方法，其特征在于，所述将针对每一个识别子任务，以该分组包含的单元损伤因子为优化参量，结合矩阵正则化构建优化目标函数，具体步骤为：S301、使用单元刚度折减模拟结构损伤并引入字典矩阵表示结构动荷载，使用结构前m(斜体)阶模态近似描述结构动力行为，使用模态位移和模态速度表示结构在0时刻的振动状态；S302、基于动荷载作用位置时不变和线性叠加原理，将结构动荷载、初始条件和结构响应间的关系组织表示为：其中，P＝[F,Y
adjust
]表示结构激励矩阵，F表示结构动荷载信息，Y
adjust
表示经过系数调整后的结构初始振动状态表示方法，A(θ)表示系统映射矩阵，θ表示结构损伤状态；当结构的损伤状态为θ时，对应的动荷载及初始条件由如下公式计算：其中，P(i,j)表示矩阵P的第i行第j列对应的元素，F
e
(θ)和Y
e
(θ)分别表示荷载识别值和初始条件识别值，λ表示正则化参数；S303、优化结构动荷载与损伤同时识别问题，表示为：其中，目标函数g(θ)定义为：5.根据权利要求1所述的可并行计算的结构动荷载与局部损伤同时识别方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘楚东，丘宇鹏，彭思学，江浔，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：