[发明专利]基于不完全测量的三层基础隔震系统快速损伤检测方法

权利要求书

1.一种基于不完全测量的三层基础隔震系统快速损伤检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤A、根据三层基础隔震系统的现场实际情况及理论要求，确定系统剪切方向上激励点与振动响应测量点的位置；

步骤B、在选定系统测量点的剪切方向上布置加速度传感器，构成传感器网络；

步骤C、在选定的激励点上对系统进行有效激励，与此同时测量其加速度响应数据；

步骤D、对步骤C所测得的加速度响应数据进行以下处理：

步骤D1、依据激励点与测量点的布置方案，建立相对应的三层基础隔震系统理论模型；

三层基础隔震系统的基本运动方程如下：

mb000m1m100m2m2m20m3m3m3m3x..bx..·1x..2x..3+cb-c1000c1-c2000c2-c3000c3x.bx.1x.2x.3+kb-k1000k1-k2000k2-k3000k3zx1x2x3=-Ambm1m2m3x..A+BfBCfCDfDEfE]]>

其中，

z.=x.1-β|x.1||z|n-1z-γx.1|z|n]]>

式中，x、和分别为线性位移、速度和加速度，为加速度激励，f为力激励，z为迟滞位移，β、γ和n为迟滞参数，A、B、C、D、E为激励选取系数，为迟滞位移对时间的导数；

在此基本运动方程的基础上，根据算法运动方程形式M‾x‾..(t)+Cx.(t)+Kx(t)=F*(t)-M*x..*(t)]]>和瞬时刚度阻尼理论改进方程C=a_iK，获得相对应于不同激励点与测量点布置方案的理论模型，其中算法运动方程中M、C、K分别为质量、阻尼、刚度矩阵，和分别为已知相对加速度响应数据和相关自由度上未知相对加速度响应数据，在计算中需转换为绝对加速度响应数据a，F^*为系统所受的未知激励，即基础加速度激励或单点集中力激励，其中瞬时刚度阻尼理论改进方程中a_i=2ξ_i/ω_i，ξ_i为阻尼比，ω_i为固有频率；

步骤D2、在三层基础隔震系统理论模型的基础上，推导数据分析中所需要的相关矩阵，为计算过程赋予初始值，进而基于加速度响应数据进入递推求解过程，得到系统的结构参数信息；

(1)，需为计算过程中的相关量X=xTx.TT,]]>Y＝[f^*T -x^*T]^T，Z=[k_b k₁ k₂ k₃]^T，S和Q赋予初始值，作为递推算法运行的启动项，其中，X为与位移和速度相关的量，Y为与未知输入和未知加速度响应数据相关的量，Z为算法最终需要求解的刚度矩阵，S为计算过程中的增益，Q为与噪声相关的量；

(2)，基于所推导的三层基础隔震系统理论模型和所赋予的初始值，对测量得到的加速度响应信息进行逐点数据处理，算法过程如下：

首先，导入测量获得的加速度响应数据：

a_k+1=[a_A,k+1 a_B,k+1 a_C,k+1 a_D,k+1 a_E,k+1]

其次，算法按照下述公式顺序进入循环递推过程，完成刚度的计算：

X^k+1|k=X^k|k+∫kΔt(k+1)ΔtX.(X^t|k,Y^k|k*,Z^k)dt]]>

a^k+1=ak+1(X^k+1|k,Y^k|k*,Z^k)]]>

Uk+1=[∂a^k+1/∂Z^k],Vk+1=[∂a^k+1/∂Y^k|k*]]]>

Sk=(I+GkVkFkVkTQTUk)(I+GkUk)Sk-1]]>

Gk+1=SkUk+1T[Q+Uk+1SkUk+1T]-1]]>

Y^k+1|k+1=[Vk+1TQ-1(I-Uk+1Gk+1)Vk+1]-1Vk+1|kTQ-1(I-Uk+1Gk+1)(ak+1-a^k+1+Vk+1Y^k|k*)]]>

Z^k+1=Z^k+Gk+1[ak+1-a^k+1-Vk+1(Y^k+1|k+1*-Y^k|k*)]]]>

式中，k为采样点，t为采样时间，Δt为采样时间间隔，为求导运算符号，U和V为运算中间量，I为单位矩阵，G为运算中间增益，为最终所需要求解的目标值，即计算得到的系统刚度值，和是为了计算所需要的过程量，即为X的估计量，为Y的估计量；

步骤E：将计算得到的实际结构参数信息与三层基础隔震系统在完好状态下的参数信息进行比较，确定三层基础隔震系统是否存在损伤，并可以检测出损伤的位置及程度，计算损伤指标；

损伤指标如下：

D_i＝|1-k_i/k_i,0|

式中，D_i的数值表示损伤的程度，即刚度下降比例；当系统某部位没有发生损伤时，D_i＝0；当系统某部位完全破坏时，D_i＝1。