一種基于嶺估計和l曲線法的結構損傷識別方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于嶺估計和L曲線法的結構損傷識別方法，首先根據結構模態應變能的靈敏度建立基于模態應變能靈敏度的結構損傷方程；然后根據Tikhonov正則化原理，確定嶺估計的基本估計準則；再利用L曲線法確定嶺估計的最優嶺參數，基于最優嶺參數計算出結構損傷方程的基本解，最后對結果進行修正，即可得到損傷單元的損傷系數，從而識別結構損傷。本發明采用嶺估計可以大大降低病態問題對損傷識別的影響，采用L曲線法確定了近似最優的嶺參數，同時提出了嶺估計的修正策略，從而獲得更優的損傷估計值。
【專利說明】一種基于嶺估計和L曲線法的結構損傷識別方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及結構損傷識別，特別涉及一種基于嶺估計和L曲線法的結構損傷識別方法，屬于結構損傷檢測技術。
【背景技術】
[0002]工程結構在投入使用后，由于環境的作用，常會產生各種損傷。結構的嚴重損傷會引起建筑物的倒塌或者失效，從而造成巨大的經濟損失和人員的生命安全。因此，對結構損傷的識別研究一直是國際上的研究熱點。利用損傷前后動力特性的改變，建立相應的損傷方程，從而求解出損傷系數是較為有效的方法，根據損傷系數即可判斷結構的損傷程度。但是，在工程實際中，測試數據不可避免的會受到測量噪聲、環境因素等的干擾，常會使損傷方程產生病態問題，從而給直接求解帶來困難，造成損傷的解極不穩定，與真實值相差較遠。這樣，損傷方程組的求解和精度成為問題的癥結。采用截斷奇異值分解算法(TSVD)能夠減少方程的參數空間，使損傷方程組變得數值穩定。但是，該方法需要人為的選擇截斷誤差或者截斷水平，不同的截斷誤差或截斷水平會產生不同的識別結果，故選擇恰當的截斷誤差或者截斷水平決定了方程求解的精度。而結構的改變，甚至同一結構單元劃分不同，都會影響截斷誤差或者截斷水平的選取，從而帶來不同的識別結果。
[0003]總之，現有的基于應變能靈敏度的損傷識別技術存在兩種缺陷:
[0004]I)直接求逆的應變能靈敏度損傷方程求解方法難于處理病態損傷問題；
[0005]2)當采用單純的截斷奇異值分解算法處理應變能靈敏度損傷方程問題時，難于確定恰當的截斷誤差，從而容易造成識別精度欠佳的問題。
【發明內容】
[0006]針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種可以大大降低病態問題對損傷識別的影響、從而提高損傷識別精度的基于嶺估計和L曲線法的結構損傷識別方法。
[0007]本發明的技術方案是這樣實現的:
[0008]一種基于嶺估計和L曲線法的結構損傷識別方法，步驟如下，
[0009]I)首先根據結構模態應變能的靈敏度建立基于模態應變能靈敏度的結構損傷方程;
[0010]2)然后根據Tikhonov正則化原理，確定采用嶺估計法求解結構損傷方程時嶺估計的基本估計準則；
[0011]3)再利用L曲線法確定嶺估計的最優嶺參數，基于最優嶺參數計算出結構損傷方程的基本解，該基本解即為結構損傷估計值，從而識別結構損傷。
[0012]在第3)步獲得結構損傷方程的基本解后根據無損單元估計值的偏移量來確定修正的幅值，再結合嶺估計的范數特性，對損傷單元的損傷系數進行修正。本發明中基本解、損傷估計值和損傷系數實質上是一個概念，基本解是從方程角度而言，損傷估計值是從嶺估計角度而言，在本方法中實際上都是指損傷系數。
[0013]其中，第I)步建立基于模態應變能靈敏度的結構損傷方程具體過程如下，
[0014]第j個單元和第r階模態的模態應變能
[0015]
【權利要求】
1.一種基于嶺估計和L曲線法的結構損傷識別方法，其特征在于:步驟如下， O首先根據結構模態應變能的靈敏度建立基于模態應變能靈敏度的結構損傷方程； 2)然后根據Tikhonov正則化原理，確定采用嶺估計法求解結構損傷方程時嶺估計的基本估計準則； 3)再利用L曲線法確定嶺估計的最優嶺參數，基于最優嶺參數計算出結構損傷方程的基本解，該基本解即為結構損傷估計值，從而識別結構損傷。
2.根據權利要求1所述的基于嶺估計和L曲線法的結構損傷識別方法，其特征在于:在第3)步獲得結構損傷方程的基本解后根據無損單元估計值的偏移量來確定修正的幅值，再結合嶺估計的范數特性，對損傷單元的損傷系數進行修正。
3.根據權利要求1所述的基于嶺估計和L曲線法的結構損傷識別方法，其特征在于:第I)步建立基于模態應變能靈敏度的結構損傷方程具體過程如下， 第j個單元和第r階模態的模態應變能
4.根據權利要求3所述的基于嶺估計和L曲線法的結構損傷識別方法，其特征在于:第2)步對應于結構損傷方程嶺估計的基本估計準則為:
5.根據權利要求4所述的基于嶺估計和L曲線法的結構損傷識別方法，其特征在于:第3)步利用L曲線法確定嶺估計的最優嶺參數方法為， 令
6.根據權利要求2所述的基于嶺估計和L曲線法的結構損傷識別方法，其特征在于:對損傷單元的損傷系數進行修正的修正公式如下
【文檔編號】G06F19/00GK103902834SQ201410147795
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月14日 優先權日:2014年4月14日
【發明者】郭惠勇 申請人:重慶大學