[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

说明书

本发明公开了一种基于顶尖部衡能系数的结构健康指标评估方法，该方法包括如下步骤：S1.基于承荷差值率特征的易损伤位置的确定；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；S3.顶尖部狭域的衡能系数的实时监测；S4.易损伤位置中衡能系数的确定；S5.基于顶尖部衡能系数的结构健康指标值的确定。本发明可以实现大型结构在实时稳定工作载荷条件下健康指标的在线评估，通过承受载荷差值变化率特征计算确定结构中的易损伤位置，通过非线性谱衡因子确定易损伤位置的顶尖部狭域，然后监测顶尖部狭域的衡能系数，并在此基础实时换算危险区域位置的衡能系数，有利于精确地实时获取大结构件的极端健康指标。

技术领域

本发明涉及大型结构健康指标评估方法，特别涉及一种基于顶尖部衡能系数的结构健康指标评估方法。

背景技术

大型装备正朝着结构复杂化、载重大型化、操作智能化的方向迅猛发展，这也给大型结构的在线健康问题提出了新的挑战。目前，对结构的健康指标评估还仍停留在单纯使用名义的外部载荷作为输入对象来估算其损伤程度或通过实时监测应力振动信号数据并将其与阈值进行比较，进而评估结构的实时健康指标。但上述方法未能考虑在外载作用下结构内部易损伤位置的细节刻画表征参数，及其对结构健康指标所带来的细节性微细表征影响。因此，从结构易损伤位置的内部顶尖部细节出发，刻画实时变化的衡能系数来表征细节性参数，进而评估大型结构的健康指标是必要的。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种基于顶尖部衡能系数的结构健康指标评估方法，该方法评估精度高。

技术方案：所述的基于顶尖部衡能系数的结构健康指标评估方法，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