[发明专利]利用响应信息判定粘弹夹层结构松动程度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械结构健康状态程度判定方法，特别涉及一种判定粘弹夹层结构松动程度的方法。

背景技术

粘弹夹层结构具有优良的密封、减震降噪、隔热等性能，在武器系统和民用设备中应用广泛。在实际使用过程中，受温度、振动等环境因素的影响，粘弹夹层结构将不可避免地发生松动。松动改变结构的动力学特性，使其使用性能，例如密封性、减震降噪作用等受到影响。因此，研究粘弹夹层结构松动特性，判定其松动程度对提高结构可靠性、改善结构实用性具有重要的意义。

目前常用的结构松动判定方法有基于模型的方法和基于响应的方法。粘弹性材料弹性模量等特性不恒定，这增加了模型求解的难度。基于响应的方法根据结构在外部激励下产生的响应信息判定结构特性，为判定粘弹夹层结构松动程度提供了方便、有效的途径。粘弹夹层结构发生松动时，结构的动力学特性，如刚度、阻尼等将会发生变化，可表现为在外部激励下结构响应信息内在模式的改变。因此，分析粘弹夹层结构正常状态与松动状态下响应信息模式的相似程度，进而构造相似度指标，利用相似度指标判定结构松动程度是一种有效的技术途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种合理、有效地判定粘弹夹层结构松动程度的方法。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种利用响应信息判定粘弹夹层结构松动程度的方法，其特征在于，包含以下步骤：

（1）构造Hankel矩阵和状态子空间

首先，利用激振台对粘弹夹层结构进行随机激励，采集结构多通道响应信息，利用所获得响应信息构造Hankel矩阵；其次，利用主成分分析方法分解Hankel矩阵得到结构状态子空间，表示为：

S=span[s₁,s₂,…,s_r]

其中，S表示状态子空间，s_i,i=1,…,r表示子空间基向量；

（2）状态子空间流形嵌入

将线性子空间集合构成一个格拉丝曼流形，利用状态子空间集合将格拉丝曼流形表示为：

G={S_i,i=1,…,m}={S₁,S₂,…,S_m}

其中，S_i,i=1,…,m表示m个状态子空间；

（3）基于支持向量数据描述的流形建模

首先，将格拉丝曼流形G映射到高维特征空间，在高维特征空间中状态子空间表示为然后利用支持向量数据描述方法对格拉丝曼流形G建模，将格拉丝曼流形表示为一个球心为a半径为R的球体，如下式所示：

其中，为建模所得到的球体；α为权值向量，由支持向量数据描述方法求得；

（4）定义松动程度判定指标

首先，分别构造正常无松动状态对应的球体和松动状态对应的球体其次，定义松动状态与正常状态的相似程度指标为：

其中，为正常状态对应球体的球心；为松动状态对应球体的球心；

相似度指标SI定义为两个球体球心向量间的夹角，能够反映松动状态与正常无松动状态的相似程度，将该指标作为松动程度判定指标；

（5）松动程度判定

利用相似度指标SI判定粘弹夹层结构的松动程度：SI接近1表示结构状态与正常状态接近；反之，SI小于1表示结构状态偏离正常状态；SI与1的差值反映了结构的松动程度。

本发明方法通过随机激励实验获得粘弹夹层结构的响应信息；利用模式识别方法得到响应信息子空间；再将所得到的响应信息子空间表示为格拉丝曼流形；然后利用模式识别方法将该流形表示为高维特征空间中的球体；最后计算正常状态与松动状态对应球体球心的夹角作为两种状态相似度指标，所定义相似度指标反映了两类状态信息的相似程度，能够刻画出松动状态偏离正常状态的程度；利用该相似度指标反应粘弹夹层结构的松动程度，其优点是，利用响应信息判定结构松动程度，不需要建立有限元模型，具有结果可靠、实时性强等特点，适用于现场实时评估粘弹夹层结构的松动程度，有利于提高结构的可靠性和安全性，具有明显的工程实用价值。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1为一具体粘弹夹层结构的示意图。图中：该粘弹夹层结构主要由金属材料和粘弹性材料（硅胶）组成，通过连接螺栓将金属层和硅胶层压紧，为测量螺栓压紧力，在螺母②下方布置一个压力传感器①。