[发明专利]一种用于结构损伤测试的损伤模拟方法与系统

说明书

本发明公开了一种用于结构损伤测试的损伤模拟方法与系统，涉及结构力学领域，具体包括步骤：获取待测试结构有限元模型的总刚度矩阵和对角质量矩阵；根据有限元模型获取待测试结构预设阶数内各阶的初始特征值和初始振型，以及目标测试单元损伤后待测试结构预设阶数内各阶的损后特征值和损后振型；获取目标测试单元对应节点以及相邻节点处分别增加质量块后，对角质量矩阵的变化量；根据初始特征值和损后特征值间的特征差值，并结合变化量获取各质量块所需的质量；根据各质量块所需的质量分别设置相应质量块于待测试结构中目标测试单元各节点处，并进行结构损伤测试。本发明无需破坏待测试结构本身的结构，可循环多次使用，降低了试验整体成本。

技术领域

本发明涉及结构力学领域，具体涉及一种用于结构损伤测试的损伤模拟方法与系统。

背景技术

目前，利用结构自由振动频率的变化来检测结构损伤已成为一种常用的试验技术。在开展相关的损伤检测试验时，为了模拟结构的损伤工况(比如裂缝、疲劳损伤等)，一般是通过人工切割开缝、反复循环加载使得结构疲劳等破损方法来使得结构产生真实的损伤工况，然后对这些损伤后的结构测量其振动频率，并根据振动频率的变化情况来检测损伤的位置和严重程度。上述这种利用破坏手段使结构产生真实损伤的做法具有破坏性和不可逆性，试验中的构件不能循环使用，制造真实损伤的过程也增大了试验成本，造成较大的浪费。同时单个结构损伤上，往往需要更换该结构才能继续对其它结构进行检测，这进一步增大了实验成本和工时耗费。

发明内容

为了解决现有技术中往往需要对工件进行实质性损伤，以达到损伤检测试验，造成试验成本加大的问题，本发明提出了一种用于结构损伤测试的损伤模拟方法，待测试结构具有若干测试单元，测试单元间含有节点，包括步骤：

S1：获取待测试结构有限元模型的总刚度矩阵和对角质量矩阵；

S2：根据有限元模型获取待测试结构预设阶数内各阶的初始特征值和初始振型；根据有限元模型以及目标测试单元的预设损伤参数，获取目标测试单元损伤后待测试结构预设阶数内各阶的损后特征值和损后振型；

S3：获取目标测试单元对应节点以及相邻节点处分别增加质量块后，对角质量矩阵的变化量；

S4：根据初始特征值和损后特征值间的特征差值，并结合变化量获取各质量块所需的质量；

S5：根据各质量块所需的质量分别设置相应质量块于待测试结构中目标测试单元各节点处，并进行结构损伤测试。

进一步地，所述步骤S2中，初始特征值和初始振型可由第一公式表示，所述第一公式为：

K·ζ_j＝v_j·M·ζ_j,j＝1～r；

式中，K为总刚度矩阵，r为预设阶数，j为数值1～r的常数，ζ_j为第j阶的初始振型，v_j为第j阶的初始特征值，M为对角质量矩阵。

进一步地，所述步骤S2中，损后特征值和损后振型可由第二公式表示，所述第二公式为：

式中，K为总刚度矩阵，r为预设阶数，j为数值1～r的常数，δ为预设损伤参数，为目标测试单元的刚度矩阵，ζ′_j为第j阶的损后振型，v′_j为第j阶的损后特征值，M为对角质量矩阵。

进一步地，所述步骤S4中，各质量块所需的质量可由第三公式求解获得，所述第三公式为：

式中，r为预设阶数，j为数值1～r的常数，v_j为第j阶的初始特征值，T表示振型的转置，为第j阶初始振型的转置，ΔM为变化量，ζ_j为第j阶的初始振型，Δv_j为特征差值。