基于时间序列模型系数与子结构的损伤识别方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114936446A(43)申请公布日2022.08.23(21)申请号202210210074.2G06F17/11(2006.01)(22)申请日2022.03.04G06F111/04(2020.01)(71)申请人中铁第四勘察设计院集团有限公司地址430063湖北省武汉市武昌杨园和平大道745号(72)发明人于虹余兴胜闫俊锋文望青严爱国瞿国钊秦寰宇夏文俊张炳鑫张德旺张宪亮周柳雯妮沈哲亮崔旸(74)专利代理机构北京汇泽知识产权代理有限公司11228专利代理师秦曼妮(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06F17/16(2006.01)权利要求书4页说明书10页附图8页(54)发明名称基于时间序列模型系数与子结构的损伤识别方法及系统(57)摘要本发明属于土木工程结构检测技术领域，具体提供了基于时间序列模型系数与子结构的损伤识别方法及系统，其中方法包括：将整体结构划分为若干个尺寸较小的子结构，并建立与各个子结构对应的ARMAX模型；提取子结构的ARMAX模型的自回归系数，确定损伤所在的子结构；对存在损伤的子结构进行分析，构建ARMAX模型自回归系数对子结构刚度折减系数的灵敏度矩阵；建立子结构损伤识别求解方程，并对方程进行求解，以获取解向量；根据解向量，识别损伤在子结构中的具体位置和损伤程度。该方案仅需要对结构的部分区域进行测试和计算，避免了对整个结构进行测试和计算，分析更加简单高效；可应用于公路、市政、铁路桥梁结构健康监测系统，应用前景广阔。CN114936446ACN114936446A权利要求书1/4页1.基于时间序列模型系数与子结构的损伤识别方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将整体结构划分为若干个尺寸较小的子结构，并建立与各个子结构对应的ARMAX模型；S2，提取子结构的ARMAX模型的自回归系数，通过比较损伤前后各个子结构自回归系数的变化，确定损伤所在的子结构；S3，对存在损伤的子结构进行分析，构建ARMAX模型自回归系数对子结构刚度折减系数的灵敏度矩阵；S4，建立子结构损伤识别求解方程，并对方程进行求解，以获取解向量；S5，根据解向量，识别损伤在子结构中的具体位置和损伤程度。2.根据权利要求1所述的基于时间序列模型系数与子结构的损伤识别方法，其特征在于，所述S1具体包括：S11，将整体结构划分为若干个尺寸较小的子结构，在子结构模型的界面自由度处施加虚拟固定约束；S12，建立与各个子结构对应的多维ARMAX模型：其中，表示目标子结构加速度响应向量在时刻t处的观测值；u(t)表示由作用在目标子结构上的外部激励Fm(t)和界面加速度响应组成的向量，即下标m和s分别表示内部自由度和界面自由度；和表示子结构ARMAX模型的自回归系数矩阵；和表示子结构ARMAX模型的滑动平均系数矩阵；a(t)表示预测误差在时刻t的值；和表示子结构ARMAX模型中与预测误差相关的滑动平均系数矩阵。3.根据权利要求1所述的基于时间序列模型系数与子结构的损伤识别方法，其特征在于，所述S2具体包括：S21，提取未损伤状态下各个子结构ARMAX模型的自回归系数矩阵；S22，提取损伤状态下各个子结构ARMAX模型的自回归系数矩阵；S23，计算损伤前后各个子结构ARMAX模型自回归系数矩阵的变化；S24，观察损伤前后各个子结构ARMAX模型自回归系数矩阵的变化情况，如果某个子结构的ARMAX模型自回归系数矩阵发生明显变化，则认为该子结构中存在损伤。4.根据权利要求1所述的基于时间序列模型系数与子结构的损伤识别方法，其特征在于，所述S3具体包括：S31，对存在损伤的子结构进行分析，组建矩阵表示如下：其中，Mmm、Cmm和Kmm分别表示子结构的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；I表示nm×nm阶单位矩阵，nm表示子结构内部自由度的个数；2CN114936446A权利要求书2/4页S32，根据公式获取矩阵其中Δt表示结构响应的采样间隔；S33，基于矩阵组建矩阵可以通过如下公式得到：其中，S34，基于矩阵和组建矩阵表示如下：S35，求矩阵对子结构单元刚度折减系数的一阶偏导，表示如下：其中，γf表示子结构中第f个单元的刚度折减系数，并且和分别表示损伤前后子结构第f个单元的刚度参数(如抗弯刚度)；表示子结构的第f个单元刚度矩阵；S36，求矩阵对子结构单元刚度折减系数的一阶偏导，可以通过如下公式得到：S37，求矩阵对子结构单元刚度折减系数的一阶偏导，表示如下：S38，根据如下等式，构建子结构ARMAX模型自回归系数对子结构刚度折减系数的灵敏度：其中，和分别表示子结构ARMAX模型自回归系数矩阵和对子结构刚度折减系数γf的灵敏度。5.根据权利要求4所述的基于时间序列模型系数与子结构的损伤