【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于结构健康监测领域，涉及梁结构无损检测技术，具体涉及一种改进模态应变能法的梁结构损伤检测技术。
技术介绍
1、我国桥梁历史源远流长，从早期的简易浮桥到二十一世纪的港珠澳大桥，我国的桥梁建设技术和建设经验均取得了不俗的成绩。然而，随着桥梁建设事业的蓬勃发展，和桥梁建设技术的日渐成熟，桥梁在使用过程中的相关病害也日益显现，成为严重影响人民生命财产安全的重要隐患。因此，如何提前预知桥梁结构的实际使用情况，及时判断桥梁结构的损伤位置和损伤程度，进而预估桥梁剩余寿命具有十分重要的研究意义和研究价值。
2、以动力参数为基础的损伤识别方法是通过比较分析损伤前、后结构的动力响应来判断结构的真实状况，其中有些指标在一定程度上能够定性判断结构的损伤程度。常用的动力参数分析方法有：频率变化、振型变化、模态应变能、模态柔度、频响函数等。模态应变能法的梁结构损伤识别已经进行了一系列的研究，取得了一定的成就，但是在实际应用过程中以及理论上仍然存在一定的问题；主要问题有：大部分文献以小损伤为研究对象，而对于大损伤情况则鲜少研究，并且损伤程度定量的精度不理想；损伤前、后的振型曲率不仅在损伤位置产生凸起而且在未损伤位置也不重合，这不仅造成损伤定量误差较大，而且导致了多损伤时不同单元互相影响；因此要对基本假设进行改进和优化，提出一种针对不同损伤程度均能够适用的损伤识别方法。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种算法简单的改进模态应变能法的梁结构损伤识别方法。其特征在于，包
2、（1）通过动力测试分别获得梁结构损伤前、后的振型曲线；
3、（2）对梁结构损伤前、后的振型曲线求曲率，采用最优匹配法对损伤后的振型曲率曲线进行调整；
4、（3）采用梁结构损伤前的振型曲率与调整后的振型曲率做差，对静定结构，可通过振型曲率差曲线的突变进行损伤定位，对于超静定结构，采用多阶振型曲率差曲线来进行损伤定位；
5、（4）通过梁结构损伤前的振型曲率与调整后的振型曲率，分别计算单元模态应变能，采用改进模态应变能法依据步骤（3）得出的损伤单元位置，按照边单元、中单元进行损伤程度定量。
6、具体的，步骤（1）中，梁结构损伤前、后测试的测点位置布置相同，测点数目不少于6个；对简支梁可仅测试一阶振型，对超静定结构至少需要测试前两阶振型。
7、具体的，步骤（2）中，振型曲率通过中心差分计算：
8、；
9、式中，φ为振型，下标j为测点号，ε为j-1测点到j测点的间距与j测点到j+1测点间距的平均值，两端测点时，n为测点数量。
10、具体的，步骤（2）中，最优匹配法的步骤如下：
11、a）计算振型曲率比δ，δ为梁结构损伤前的振型曲率除以损伤后的振型曲率，计算公式如下：
12、；
13、b）对计算得到的振型曲率比δ用matlab进行双平方线性拟合，拟合时以突变位置进行分段拟合，突变位置的第一个突变点作为前一个分段的结束点，第二个突变点作为后一个分段的开始点，通过拟合后得到最优匹配函数f(n)；
14、c）采用最优匹配函数f(n)对梁结构损伤后的振型曲率进行调整，得到调整后的振型曲率，计算如下：
15、。
16、具体的，步骤（3）中，振型曲率差的损伤定位指标为：
17、；
18、；
19、式中，dij为第j测点处的振型曲率差损伤定位指标；为第j测点处梁结构损伤前的振型曲率，为第j测点处梁结构损伤后经过最优匹配函数调整后的振型曲率，n为测点数目，第1测点布置于梁结构一端，第n测点布置于梁结构另一端，测点序号连续，从1到n依次增加，梁两端测点。
20、具体的，步骤（4）中，先计算测点模态应变能：
21、；
22、；
23、式中，ψij表示第i阶振型j测点的未损模态应变能，表示第i阶振型j测点的损伤模态应变能；
24、再计算单元模态应变能：
25、；
26、；
27、式中，表示第i阶振型j单元的未损模态应变能，表示第i阶振型j单元的损伤模态应变能，n-1为单元数量；
28、此外，为了方便计算边单元的损伤程度，插值计算0单元和n单元的单元模态应变能、、、。
29、具体的，步骤（4）中，改进模态应变能法损伤程度定量计算如下：
30、1）梁结构边单元的损伤程度计算方法为：
31、a）1单元：
32、；
33、式中，为边单元1单元的损伤程度，、、、、、分别为0单元、1单元、2单元损伤前、后的模态应变能；
34、b）n-1单元：
35、；
36、式中，为边单元n-1单元的损伤程度，、、、、、分别为n-2单元、n-1单元、n单元损伤前、后的模态应变能；
37、2）梁结构中间单元的损伤程度计算方法为：
38、；
39、式中，为中间单元j单元的损伤程度，2≤j≤n-2，、、、、、分别为j-1单元、j单元、j+1单元损伤前、后的模态应变能。
40、具体的，步骤（3）、（4）中，当梁结构是超静定结构时，振型曲线存在拐点，拐点位置无法进行损伤定位和损伤程度定量，但各阶振型曲线的拐点位置不同，此时，可采用多阶振型进行损伤识别，排除拐点的影响。
41、具体的，采用线性插值计算0单元和n单元的单元模态应变能、、、，即：
42、；
43、；
44、；
45、。
46、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过测试分别获得梁结构损伤前、后的振型曲线；对梁结构损伤前、后的振型曲线求曲率，采用最优匹配法对损伤后的振型曲率曲线进行调整；采用梁结构损伤前的振型曲率与调整后的振型曲率做差，通过振型曲率差曲线的突变进行损伤定位；通过梁结构损伤前的振型曲率与调整后的振型曲率，分别计算单元模态应变能，采用改进模态应变能法进行损伤程度定量。
47、本专利技术能够精确的识别梁结构的损伤位置及损伤程度；而且能够应用于不同的梁结构(简支梁与三跨连续梁等)损伤识别中，适应性好；为梁结构损伤定位与定量分析提供了一种有效的方法，能够方便的应用于桥梁的损伤评估。
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1.一种改进模态应变能法的梁结构损伤识别方法，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述改进模态应变能法的梁结构损伤识别方法，其特征在于：步骤（1）中，梁结构损伤前、后测试的测点位置布置相同，测点数目不少于6个；对简支梁可仅测试一阶振型，对超静定结构至少需要测试前两阶振型。
3.根据权利要求1所述改进模态应变能法的梁结构损伤识别方法，其特征在于：步骤（2）中，振型曲率通过中心差分计算：
4.根据权利要求1所述的改进模态应变能法的梁结构损伤识别方法，其特征在于：步骤（2）中，最优匹配法的步骤如下：
5.根据权利要求1所述的改进模态应变能法的梁结构损伤识别方法，其特征在于：步骤（3）中，振型曲率差的损伤定位指标为：
6.根据权利要求1所述的改进模态应变能法的梁结构损伤识别方法，其特征在于：步骤（4）中，先计算测点模态应变能：
7.根据权利要求1所述的改进模态应变能法的梁结构损伤识别方法，其特征在于：步骤（4）中，改进模态应变能法损伤程度定量计算如下：
8.根据权利要求1所述改进模态应变能法的梁结
9.根据权利要求6所述改进模态应变能法的梁结构损伤识别方法，其特征在于：采用线性插值计算0单元和n单元的单元模态应变能、、、，即：
...【技术特征摘要】
1.一种改进模态应变能法的梁结构损伤识别方法，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述改进模态应变能法的梁结构损伤识别方法，其特征在于：步骤（1）中，梁结构损伤前、后测试的测点位置布置相同，测点数目不少于6个；对简支梁可仅测试一阶振型，对超静定结构至少需要测试前两阶振型。
3.根据权利要求1所述改进模态应变能法的梁结构损伤识别方法，其特征在于：步骤（2）中，振型曲率通过中心差分计算：
4.根据权利要求1所述的改进模态应变能法的梁结构损伤识别方法，其特征在于：步骤（2）中，最优匹配法的步骤如下：
5.根据权利要求1所述的改进模态应变能法的梁结构损伤识别方法，其特征在于：步骤（3）中，振型曲率差的损伤定位指标为：
【专利技术属性】
技术研发人员：唐盛华，蔡祎璞，刘荣凯，张学兵，秦付倩，康振兴，周锦睿，彭海龙，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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