[发明专利]一种基于岭估计和L曲线法的结构损伤识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及结构损伤识别，特别涉及一种基于岭估计和L曲线法的结构损伤识别方法，属于结构损伤检测技术。

背景技术

工程结构在投入使用后，由于环境的作用，常会产生各种损伤。结构的严重损伤会引起建筑物的倒塌或者失效，从而造成巨大的经济损失和人员的生命安全。因此，对结构损伤的识别研究一直是国际上的研究热点。利用损伤前后动力特性的改变，建立相应的损伤方程，从而求解出损伤系数是较为有效的方法，根据损伤系数即可判断结构的损伤程度。但是，在工程实际中，测试数据不可避免的会受到测量噪声、环境因素等的干扰，常会使损伤方程产生病态问题，从而给直接求解带来困难，造成损伤的解极不稳定，与真实值相差较远。这样，损伤方程组的求解和精度成为问题的症结。采用截断奇异值分解算法(TSVD)能够减少方程的参数空间，使损伤方程组变得数值稳定。但是，该方法需要人为的选择截断误差或者截断水平，不同的截断误差或截断水平会产生不同的识别结果，故选择恰当的截断误差或者截断水平决定了方程求解的精度。而结构的改变，甚至同一结构单元划分不同，都会影响截断误差或者截断水平的选取，从而带来不同的识别结果。

总之，现有的基于应变能灵敏度的损伤识别技术存在两种缺陷：

1）直接求逆的应变能灵敏度损伤方程求解方法难于处理病态损伤问题；

2）当采用单纯的截断奇异值分解算法处理应变能灵敏度损伤方程问题时，难于确定恰当的截断误差，从而容易造成识别精度欠佳的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种可以大大降低病态问题对损伤识别的影响、从而提高损伤识别精度的基于岭估计和L曲线法的结构损伤识别方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于岭估计和L曲线法的结构损伤识别方法，步骤如下，

1）首先根据结构模态应变能的灵敏度建立基于模态应变能灵敏度的结构损伤方程；

2）然后根据Tikhonov正则化原理，确定采用岭估计法求解结构损伤方程时岭估计的基本估计准则；

3）再利用L曲线法确定岭估计的最优岭参数，基于最优岭参数计算出结构损伤方程的基本解，该基本解即为结构损伤估计值，从而识别结构损伤。

在第3）步获得结构损伤方程的基本解后根据无损单元估计值的偏移量来确定修正的幅值，再结合岭估计的范数特性，对损伤单元的损伤系数进行修正。本发明中基本解、损伤估计值和损伤系数实质上是一个概念，基本解是从方程角度而言，损伤估计值是从岭估计角度而言，在本方法中实际上都是指损伤系数。

其中，第1）步建立基于模态应变能灵敏度的结构损伤方程具体过程如下，

第j个单元和第r阶模态的模态应变能

Erj=12ΦrTKjΦr---(1)]]>

式中，E_rj是模态应变能；Φ_r为第r阶质量归一化位移模态；K_j为第j个单元的刚度矩阵；则第j个单元和第r阶模态的模态应变能对任意设计参数p的敏感性为