[发明专利]一种基于PVDF传感器与应变模态的结构损伤识别实验方法在审
申请号: | 201810305428.5 | 申请日: | 2018-04-08 |
公开(公告)号: | CN108802176A | 公开(公告)日: | 2018-11-13 |
发明(设计)人: | 彭伟强;范艺诺;胡大士;杜海越;崔洪宇;徐鑫;洪明 | 申请(专利权)人: | 大连理工大学 |
主分类号: | G01N29/04 | 分类号: | G01N29/04 |
代理公司: | 大连理工大学专利中心 21200 | 代理人: | 李晓亮;潘迅 |
地址: | 116024 辽*** | 国省代码: | 辽宁;21 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 损伤识别 结构损伤识别 模态参数 系统矩阵 应变模 压电薄膜传感器 预处理 矩阵 脉冲响应矩阵 模态分析计算 奇异值分解 特征值分解 环境激励 近似脉冲 模态振型 损伤位置 无损结构 误差控制 响应矩阵 响应信号 最小阶数 参考点 灵敏度 构建 采集 施加 响应 | ||
1.一种基于PVDF传感器与应变模态的结构损伤识别实验方法,其特征在于以下步骤:
(1)将实验结构安装或固定在实验台之后,选择实验结构某一位置作为激励点,采用激振设备施加激励;将压电薄膜传感器均匀粘贴在实验结构上,测量结构各测点的响应信号,选择距离激振点较近且响应信号幅值较大的响应点作为参考点;在参考点及反应板结构振型的各几何模型节点布置响应测点;
(2)采用压电薄膜传感器及动态信号采集设备,采集施加环境激励后各压电薄膜传感器的响应信号;
(3)信号预处理,采用平均技术对采集的响应数据进行平均处理,去除均值;
(4)求取参考点响应数据与其他测点响应数据的互相关函数;利用自然激励技术,根据任意两点响应的互相关函数的表达式与单点脉冲激励的结构上任意一点的脉冲响应函数具有相似的数学表达式,并采用应变响应的互相关函数矩阵近似代替应变响应的脉冲响应函数矩阵,获得参考点与响应点的近似脉冲响应矩阵;
(5)采用特征系统实现算法,利用得到的脉冲响应矩阵构建广义Hankel矩阵,再根据奇异值分解方法得到振动系统的最小实现,从而得到最小阶数的系统矩阵;
(6)对求得的系统矩阵进行特征值分解,获得结构的模态参数与模态振型;
(7)通过模态幅值相干系数MAC和模态相位共线性系数MPC,验证模态参数识别精确度,排除噪声模态的影响;若MAC与MPC远小于1,且趋近于0,则不满足精度要求,需选取不同时刻的采样数据,返回步骤(3),重新进行模态参数识别,直到模态参数结果满足精度要求;若MAC与MPC接近1,则得到的模态参数的精确度高;
(8)跟进步骤(1)-(7)获得有损与无损结构的模态参数,识别二维结构的损伤,其中损伤指标的最大值区域即为结构的损伤位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于PVDF传感器与应变模态的结构损伤识别实验方法,其特征在于,所述步骤(5)的特征系统实现算法ERA以多输入多输出得到的脉冲响应函数为基本模型,通过构造广义上的Hankel矩阵,最终得到最小阶数的系统矩阵,以此为基础进一步可识别系统的模态参数;模态识别过程如下:
5.1)构造Hankel矩阵
设已获得离散化结构的应变脉冲响应函数矩阵为[hε(k)],以此构造广义Hankel矩阵:
其中,h(k)=m×r为应变脉冲响应矩阵,r为输入通道数量,m为输出通道数量;k为离散采样点;α为矩阵行数,β为矩阵列数;
5.2)奇异值分解Hankel矩阵
当k=1,得到H(0),并对其做奇异值分解:
H(0)=RΣST (6)
其中,R和S均为正交阵,Σn=diag[σ1,σ2,…σn],σi为奇异值;
5.3)构造最小实现
对奇异值分解后的Hankel矩阵做一系列的推导变换,得到系统的最小实现:
其中,Er=[Ir0r…0r],Em=[Im0m…0m],为系统的最小实现;
5.4)采用矩阵和求解结构的应变模态参数。
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