[发明专利]一种基于顶尖部衡能系数的结构健康指标评估方法

权利要求书

1.一种基于顶尖部衡能系数的结构健康指标评估方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1基于承荷差值率特征的易损伤位置的确定；

运用Pro-E软件建立结构的三维模型，并在建模阶段设置好大型结构中不同部位之间的属性连接关系，待模型建立完毕后，将三维模型导入到ANSYS分析软件中，设置实际载荷工况条件下的约束位置及载荷施加位置与数值，开始后处理分析获得结构的应力分布状态，在分析所获得的结构应力分布状态云图中，选择分布状态较集中的区域作为标记位置，记为i，i＝1，…，M，M为选择的所有分布状态较集中区域的总个数，

在上述分析的基础上，将随时间变化的正弦载荷谱作为输入载荷导入到有限元分析软件中分析i号区域随时间变化的承荷差值率B_i，并将存在异常突变承荷差值率的区域作为待分析的危险区域，

S2基于非线性谱衡因子的易损伤位置的顶尖部狭域的确定；

在S1分析的基础上，在有限元ANSYS软件中提取i号易损伤位置的等效名义最大应力值σ_imax，外载谐响应模态下的最大响应频率P_imax，并在此基础上，在有限元分析软件中的谐响应分析模块中分析易损伤位置中最大振型附近区域的异常频率狭域，标记为编号j，记j编号狭域处的等效名义应力值为σ_ij，记j编号狭域处的最大谐响应频率值为P_ijmax，j＝1，2，…，N，N为狭域的总数，

然后，结合上述分析结果，代入下式对易损伤位置中顶尖部狭域的非线性谱衡因子G_ij进行求解，

其中G_ij为易损伤位置中顶尖部狭域的非线性谱衡因子，C(B_i)_max为所有承荷差值率B_i中的最大值，为承荷差值率的平均值，σ_ij为j编号狭域处的等效名义应力值，P_imax为外载谐响应模态下的最大响应频率，σ_imax为i号易损伤位置的等效名义最大应力值，P_ijmax为j编号狭域处的最大谐响应频率值，

S3顶尖部狭域的衡能系数的实时监测；

在S2分析的基础上，将分析获得的第i号危险区域的第j号主狭域位置进行标记，并在该位置布置振动传感器，实时获取振动信号的实时加速度值，并代入下式第i号危险区域中第j号主狭域位置的衡能系数S_ij进行求解，

式中S_ij为第i号危险区域中第j号主狭域位置的衡能系数，I_ijt第i号危险区域中第j号主狭域位置在第t时间节点时实时监测的加速度信号数值，t＝1，2，…，t_m，t_m为总时间，M为选择的所有分布状态较集中区域的总个数，N为狭域的总数，G_ij为易损伤位置中顶尖部狭域的非线性谱衡因子，i为应力分布状态云图中分布状态较集中的区域，j为谐响应分析模块中分析易损伤位置中最大振型附近区域的异常频率狭域，C(I_ijt)_max为所有第i号危险区域中第j号主狭域位置在第t时间节点时实时监测的加速度信号数值I_ijt中的最大值，C(I_ijt)_min为所有第i号危险区域中第j号主狭域位置在第t时间节点时实时监测的加速度信号数值I_ijt中的最小值，

S4易损伤位置中衡能系数的确定；

在上述S1-S3分析数据结果的基础上，代入下式对易损伤位置的衡量系数K_i进行求解。

式中K_i为易损伤位置的衡量系数，ε为结构单元的邻接系数，M为选择的所有分布状态较集中区域的总个数，N为狭域的总数，S_ij为第i号危险区域中第j号主狭域位置的衡能系数，i为应力分布状态云图中分布状态较集中的区域，j为谐响应分析模块中分析易损伤位置中最大振型附近区域的异常频率狭域，B_i为第i号区域随时间变化的承荷差值率，β为结构的结构能系数常取值为0.67，C(S_ij)_max为所有第i号危险区域中第j号主狭域位置的衡能系数S_ij中的最大值，C(S_ij)_min为所有第i号危险区域中第j号主狭域位置的衡能系数S_ij中的最小值，

S5基于顶尖部衡能系数的结构健康指标值的确定；

在S1-S4中分析结构的基础上，代入下式对结构健康指标值H进行求解，

其中，H为结构健康指标值，C(K_i)_max为所有易损伤位置的衡能系数K_i中的最大值，C(K_i)_min为所有易损伤位置的衡能系数K_i中的最小值，lg为对数符号，C(σ_imax)_max为所有区域中易损伤位置的单向应力的最大值，σ_lim为结构材料所对应的材料疲劳强度极限值。