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特征值攝動法在利用動響應結構小損傷檢測中的應用

來源:應用力學學報  作者: 余龍 姜節勝 閆云聚 劉芹

  

  1 引 言

  基于結構振動的結構健康監測和損傷診斷的可行性已被許多研究所證實[122],目前已有許多理論技術來診斷識別結構損傷的位置和嚴重程度,如遺傳算法(GA)[324]和神經網絡(ANN)方法[5]等。

  一般情況下,GA和ANN方法都需要少量在線測量的損傷結構振動數據和大量的仿真數據來實現結構損傷識別。由于損傷工況是千變萬化的,因此進行GA或建立ANN所需的學習數據庫,需要進行仿真的損傷工況數目將非常大,如文[3]中,完成對15桿桁架的損傷檢測,最大迭代次數需要5000次,考慮到動力學問題的復雜性,即使是進行一種損傷情況的模擬計算,其計算量也較大,這樣其總計算量將相當可觀,如在文[4]中,即使對9單元有限元轉子模型的損傷檢測,所需計算時間也達到了12h。事實上為了在大型復雜結構的損傷檢測中使得到的損傷信息達到足夠的精度,所需的單元數目將遠遠超過9個,而動力學問題的有限元方法計算量是隨著單元數目的增加而指數級增長的。這樣對于大型復雜結構,即使仿真計算是離線進行的,完成基于響應信號的損傷檢測所需的巨大計算量仍然是一個嚴重問題,這一問題直接影響了動力學損傷檢測的理論研究和實際應用。

  實際上在使用振型分解法計算結構響應的過程中,一般僅采用最低階的少數振型對結構響應方程進行解耦。對于大型復雜結構,解耦后所得的方程階數要遠遠小于結構自由度,所以求解響應的主要計算量在于求解結構特征值問題,而在已知結構特征值問題解的情況下,如果結構的變化不改變剛度矩陣和質量矩陣階數且其矩陣元素只發生微小變化,則可利用特征值攝動法來快速得到改變后結構的特征值問題的近似解。所以在損傷檢測中,對含微小損傷的結構,如可在已完成的對完好結構的分析基礎上,使用特征值攝動法完成快速重分析,就能避免完全重分析的巨大計算量。但目前在結構損傷檢測中,特征值攝動法的快速計算特性尚未得到應有的重視。

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標簽:責任編輯:admin  時間:2018-11-25  點擊:

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