[发明专利]基于互相关函数幅值向量的随机振动结构损伤的检测方法

摘要

本发明是一种基于互相关函数幅值向量的随机振动结构损伤的检测方法。为解决现有技术中在识别结构模态参数时要记录结构较长时间响应历程的不足，满足窄带随机激励环境下检测结构损伤的要求，本发明依据随机振动结构上两点响应信号的互相关函数与结构的频率响应函数和结构所受外激励频谱之间的关系，采集若干个测量点的一段时域响应信号，将其中一点的响应信号与其它各点响应信号做互相关函数运算，取每个互相关函数的最大幅值构造出互相关函数幅值向量，通过比较完好结构和当前结构的互相关函数幅值向量的相关性系数来判断结构是否有损伤，通过分析它们中的对应元素分量的变化来确定结构的损伤位置。该方法所需的测试时间短，识别过程简单。

主权项

1.一种基于互相关函数幅值向量的随机振动结构损伤的检测方法，其特征在于：依据随机振动结构上两点响应信号的互相关函数与结构的频率响应函数和结构所受外激励频谱之间的关系，采集若干个测量点的一段时域响应信号，选取其中一点的响应信号与其它各点响应信号做互相关函数运算，取每个互相关函数的最大幅值构造出互相关函数幅值向量，通过计算完好结构和当前结构互相关函数幅值向量的相关性系数来量化结构损伤的程度；通过比较完好结构和损伤结构的互相关函数幅值向量中对应元素分量的变化来确定结构的损伤位置，其具体方法是：第一步，建立结构的互相关函数幅值向量：选取n个响应测量点，同时采集一段时间内n个点的响应信号，分别计算某一点k的响应xk(t)与其它各点l的响应xl(t)之间的互相关函数Rkl(τ)，设Rkl(τ)在τ＝τl处有最大绝对值，设rkl＝Rkl(τl)，将所有的rkl组成一个向量，用CorV表示： CorV＝{rk1 rk2Λrkn} (1)对CorV测试两次，测试结果为CorVu和Cor*u；第二步，计算完好结构互相关函数幅值向量之间的相关性系数计算CorVu和CorV*u的相关性系数，用CVAC0表示：${\mathrm{CVAC}}_0=\frac{{\left[\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}\mathrm{Cor}{V}^u\left(j\right)\mathrm{Cor}{V}_{*}^u\left(j\right)\right]}^2}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\left[\mathrm{Cor}{V}^u\left(j\right)\right]}^2\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\left[\mathrm{Cor}{V}_{*}^u\left(j\right)\right]}^2}---\left(2\right)$ 第三步，利用结构的互相关函数幅值向量检测结构是否发生损伤：按第一步所述方法，测试并记录结构在使用中结构的互相关函数幅值向量，将其记为CorVd；计算CorVu 和CorVd之间的相关性系数，记为CVAC1：${\mathrm{CVAC}}_1=\frac{{\left[\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}\mathrm{Cor}{V}^u\left(j\right)\mathrm{Cor}{V}^d\left(j\right)\right]}^2}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\left[\mathrm{Cor}{V}^u\left(j\right)\right]}^2\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\left[\mathrm{Cor}{V}^d\left(j\right)\right]}^2}---\left(3\right)$ 将结构初始完好时的互相关函数幅值向量与使用中结构的互相关函数幅值向量进行比较，当CVAC1小于CVAC0时，就认为结构发生了损伤；第四步，利用结构的互相关函数幅值向量识别结构损伤的位置：对CorVu和CorVd归一化，然后计算它们中对应元素之间的相对变化值，并组成一个向量，记为ECV：$E_{\mathrm{CV}}\left(i\right)=\frac{\mathrm{Cor}{V}^d\left(i\right)-\mathrm{Cor}{V}^u\left(i\right)}{\mathrm{Cor}{V}^u\left(i\right)}\times 100\%--i=\mathrm{1,2},\Lambda ,n---\left(4\right).$