[发明专利]基于局部传递率函数与模式匹配的结构损伤快速识别方法

权利要求书

1.一种基于局部传递率函数与模式匹配的结构损伤快速识别方法，其特征在于，所述结构损伤快速识别方法包括以下步骤：

S1、通过有限元软件仿真模拟待识别的结构各种损伤工况的有限元模型，然后通过模态分析计算，获取各种损伤工况下结构的固有频率及振型数据；

S2、建立损伤模式数据库，其中，所述损伤模式数据库包括以各种损伤工况标签命名的子目，并将模拟得到的各种损伤工况下的固有频率和振型数据分别存储在相应损伤标签的子目中，形成损伤模式数据库；

S3、将待识别结构的任意位置i、j作为测量点并且各安装一个加速度传感器，分别采集待识别结构在随机激励下的加速度信号a_i(t)、a_j(t)；

S4、对加速度信号a_i(t)进行自功率谱分析，对加速度信号a_i(t)与a_j(t)进行互功率谱分析，其中，加速度信号a_i(t)自功率谱定义式如下：

其中为信号a_i(t)自相关函数，G_ii(ω)为信号a_i(t)自功率谱密度；

加速度信号a_i(t)与a_j(t)互功率谱定义式如下：

R_ij(τ)＝E[a_i(t)a_j(t+τ)]

其中R_ij(τ)为信号a_i(t)和a_j(t)互相关函数，G_ij(ω)为信号a_i(t)和a_j(t)互功率谱密度；

S5、通过自功率谱、互功率谱的幅值之比得到局部传递率函数的幅值α_ij(ω)，定义式如下：

其中α_ij(ω)为两测量点i、j求得的局部传递率函数的幅值，abs(·)为求幅值函数；

S6、根据信号局部传递率函数构造匹配因子矩阵Λ_ij如下：

其中，α_ij(ω_Nn)为两测量点i、j求得的局部传递率函数在固有频率为ω_Nn处的幅值；

S7、根据损伤模式数据库构造损伤模式矩阵Ψ_ij如下：

其中ω_Nn为第N种工况第n阶固有频率，φ_i(ω_Nn)、φ_j(ω_Nn)，分别为两测量点i、j处的同阶振型值，N＝1,2,3,...，n＝1,2,3,...；

S8、根据相似性度量准则，对匹配因子矩阵Λ_ij与损伤模式矩阵Ψ_ij进行相似性度量，从中找出相似度最高的工况即视为待检测结构的实际损伤状况，构造模式匹配指标PMI；

S9、找出模式匹配指标PMI中所求最大值对应的模式编号，根据模式编号索引与之对应的工况标签，此标签上附带的损伤位置与损伤程度信息即视为检测工况的实际损伤情况；

所述步骤S8中采用欧式距离进行相似性度量，公式如下：

其中I＝1,2,...,N，J＝1,2,...,n，Λ_ij(I,J)、Ψ_ij(I,J)分别为匹配因子矩阵Λ_ij与损伤模式矩阵Ψ_ij中对应第I行、第J列位置元素，d(Λ_ij(I,J),Ψ_ij(I,J))为N维距离向量；

构造模式匹配指标PMI如下：

2.根据权利要求1所述的基于局部传递率函数与模式匹配的结构损伤快速识别方法，其特征在于，所述有限元模型还包括损伤位置与损伤程度。