專利名稱：：矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬結(jié)構(gòu)損傷定量識別
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的方法。
背景技術(shù)：
：結(jié)構(gòu)損傷是工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)最為突出的隱患之一，若不及時檢測、診斷、排除，會擾亂正常的生產(chǎn)過程，尤其是現(xiàn)代機電設(shè)備日益朝著大型化、高速化和智能化的方向發(fā)展，而機械結(jié)構(gòu)卻又向著輕型、精巧的方向發(fā)展，使得近年來由于損傷故障而導(dǎo)致的事故不斷發(fā)生，造成重大的經(jīng)濟損失甚至人員傷亡。因此，采用簡單易行的技術(shù)，確定結(jié)構(gòu)內(nèi)部的損傷、缺陷，成為工程界十分關(guān)心和不斷探求的課題。由于任何動力系統(tǒng)都可以看作是由質(zhì)量、阻尼與剛度矩陣組成的力學(xué)系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)損傷，結(jié)構(gòu)參數(shù)就隨之發(fā)生變化，從而導(dǎo)致系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)(固有頻率、阻尼、振型)的改變，所以結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的改變可視為結(jié)構(gòu)早期損傷發(fā)生的標(biāo)志。在諸多基于模型的結(jié)構(gòu)損傷檢測方法中，利用結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)損傷后，將會減小結(jié)構(gòu)的局部剛度，從而改變結(jié)構(gòu)的固有頻率這一原理，通過測試固有頻率，尤其是近年來采用方便測量的結(jié)構(gòu)低階固有頻率，建立結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)或小波有限元模型，事先繪制出損傷參數(shù)(相對位置和相對深度兩個參數(shù)變化)對結(jié)構(gòu)前3階固有頻率的影響曲線，利用等高線法，定量識別出結(jié)構(gòu)損傷存在的相對位置和相對深度是常用的方法。小波有限元方法是近年發(fā)展起來的一種新的數(shù)值分析方法，用尺度函數(shù)或小波函數(shù)替代傳統(tǒng)的多項式作為逼近函數(shù)，利用小波多分辨的特性，可以獲得用于結(jié)構(gòu)分析的多種基函數(shù)，針對求解問題的精度要求，采用不同的基函數(shù)。因此，采用小波有限元模型進(jìn)行梁類結(jié)構(gòu)損傷診斷可克服傳統(tǒng)有限元模型在梁類結(jié)構(gòu)損傷定量識別中的不足。然而，目前小波有限元方法還停留在對梁類結(jié)構(gòu)單損傷診斷層面，而對矩形截面或圓形截面的梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷診斷問題還無有效的方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的方法，該方法為小波有限元和后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)混合方法，能夠高效、可靠地解決工程中廣泛存在的矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別問題，可以通過簡單的實驗?zāi)B(tài)分析定量識別出矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷發(fā)生與否，以及存在的位置和深度。本發(fā)明的矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的方法，包括如下步驟第一步，建立矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的區(qū)間B樣條小波有限元(英文FiniteElementMethodofB-splineWaveletontheInterval,簡稱FEMBSWI)模型，獲得2個損傷診斷正問題數(shù)據(jù)庫；第二步，采用第一步獲得的模型，以后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，識別梁類結(jié)構(gòu)2個損傷是否發(fā)生以及存在的位置和深度。所述第一步具體包括以下步驟I、求解損傷剛度矩陣，確定與損傷相對深度ai(i=1，2)相關(guān)的扭轉(zhuǎn)線彈簧剛度k/及相應(yīng)的損傷剛度矩陣iC為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>K；的矩陣式中，k可由線彈性斷裂力學(xué)理論求得，對矩形截面梁類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，有k't=bh2^IilIna1Jial^),此式中，b為梁寬、h為梁高，E為彈性模量，強度函數(shù)f(CIi)由經(jīng)驗公式給出f(aj)=0.6384-1.035α廣3·7201α/-5.1773α/+7.553α/-7.332α^+2.4909α/;K；的矩陣式中，對圓形截面梁類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>圓截面的半徑，μ表示泊松比，高度η為Η=2+2-ξ2，積分上限(ξ)為:α,(ξ)=Irat-(κ-」r2-ξ2),強度函數(shù)F(η/H)由經(jīng)驗公式給出F(n/H)=1.122-1.40(n/H)+7.33(η/Η)2_13·08(η/H)3+14·0(η/H)4；II、將多個損傷剛度矩陣按照對應(yīng)的損傷相對位置βJi=1，2)，添加到總體剛度矩陣中去，建立基于區(qū)間B樣條小波有限元的兩個損傷梁類結(jié)構(gòu)模型；III、區(qū)間B樣條小波有限元模型修正(英文FiniteElementModelUpdate，簡稱FEMU)，在大多數(shù)情況下，如果直接采用實驗?zāi)B(tài)分析測試得到的前LF階固有頻率作為反問題的輸入，不能得到正確的損傷定量識別結(jié)果，其原因在于測試頻率因各種原因，如材料內(nèi)阻尼、邊界條件等與建立有限元模型時理想化處理不一致，導(dǎo)致采用有限元模型計算得到的頻率值與測試頻率有誤差。為解決這一問題，運用彈性模量修正方法，采用特征值求解的方法，對每一階頻率求出與其相對應(yīng)的彈性模量修正值EmiG=1，2，3，4)，使得無損傷時完好梁類結(jié)構(gòu)的測試頻率值與采用有限元模型的計算頻率值完全一致，即采用下式求特征值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>IV、求解修正后的基于區(qū)間B樣條小波有限元的兩個損傷梁類結(jié)構(gòu)模型，獲得前4階包含2個損傷影響的固有頻率=1，2，3，4)，即獲得以2個損傷相對位置=1，2)和相對深度aji=1,2)為自變量，以f」(j=1,2,3,4)為因變量的2個損傷診斷正問題數(shù)據(jù)庫，即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>所述第二步，具體包括以下步驟i、進(jìn)行實驗?zāi)B(tài)分析(ExperimentalModalAnalysis，EMA)，獲得實際2個損傷梁類結(jié)構(gòu)4階包含損傷影響的固有頻率/;(/=1,2,3,4);ii、利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行反問題求解，定量識別出梁類結(jié)構(gòu)2個損傷存在的位置和深度，即=Fj\fj)(7=1,2,3,4)，2個損傷診斷正問題數(shù)據(jù)庫中的2個損傷相對位置βi(i=1，2)和相對深度αi(i=1，2)，以及包含損傷影響的固有頻率fj(j=1,2,3,4)作為后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，并將實測梁類結(jié)構(gòu)固有頻率義(_/=1,2,3，4)代入訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)，判斷損傷是否產(chǎn)生，以及定量識別出梁類結(jié)構(gòu)2個損傷存在的位置和深度，具體實現(xiàn)過程包括網(wǎng)絡(luò)定義、網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和網(wǎng)絡(luò)辨識三個主要步驟(i)網(wǎng)絡(luò)定義定義2個損傷的相對位置=1，2)和相對深度ai(i=1，2)作為診斷參數(shù)NP，而包含2個損傷影響的固有頻率。(」=1,2,3,4)作為振動參數(shù)NT。(ii)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練將一對NP和NT的值作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本，訓(xùn)練得到用于梁類結(jié)構(gòu)2個損傷辨識的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。其中，包含2個損傷影響的固有頻率。(」=1,2,3,4)被用來作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)，而2個損傷相對位置=1,2)和相對深度ai(i=1，2)則看作神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出參數(shù)。然后計算誤差并不斷迭代、反饋直至輸出參數(shù)等于目標(biāo)輸出值或網(wǎng)絡(luò)輸出與目標(biāo)輸出間的誤差滿足要求誤差門限時，迭代終止，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束。(iii)網(wǎng)絡(luò)辨識將實測的得到的損傷梁類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的4階固有頻率代入已訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)計算得到的輸出參數(shù)預(yù)測出損傷發(fā)生的位置和深度。本發(fā)明矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的方法由于采取小波有限元和后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，具有下列區(qū)別于單一小波有限元法方法或其他方法識別矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷的顯著優(yōu)勢1)本發(fā)明的矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)2個損傷定量識別的區(qū)間B樣條小波有限元模型，為矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別提供了一種新模型；2)本發(fā)明的小波有限元和后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)混合方法計算精度高、魯棒性好，提高了矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的可靠性和適應(yīng)性；3)本發(fā)明可根據(jù)矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)的兩個損傷識別要求，預(yù)先提供訓(xùn)練好的用于矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實際應(yīng)用中只需經(jīng)過實驗?zāi)B(tài)分析，獲得實際梁類結(jié)構(gòu)的前4階固有頻率，便可定量識別出損傷是否存在，以及多個損傷存在的相對位置和相對深度。因此，可制成簡易梁類結(jié)構(gòu)損傷診斷儀，在工程實踐中廣泛推廣。圖1為本矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的方法實施例1的2個損傷梁主視結(jié)構(gòu)示意圖2為實施例1損傷處的截面示意圖；圖3為實施例2損傷處的截面示意圖；圖4為損傷處左右兩邊單元節(jié)點排列示意圖；圖5為實施例中后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理流程圖；圖6為實施例中基于后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)損傷診斷算法原理圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實施例1本例為矩形截面梁類結(jié)構(gòu)的兩個損傷定量識別的方法，圖1所示兩個損傷梁結(jié)構(gòu)主視示意圖，為左端固定支承的懸臂梁，梁的長度為L=565mm，彈性模量E=2.06XIO11N/m2，密度P=7890kg/m3，泊松比μ=0.3。梁上有2個損傷，ei(i=1,2)為損傷發(fā)生的位置，相對位置βi=ei/L(i=1，2)。δ^=1,2)表示損傷深度，即損傷的程度。本例矩形截面梁的損傷處的截面如圖2所示，梁的高度h=20mm，梁寬b=12mm，此處損傷的相對深度αi=δ^hG=1，2)。本例矩形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的方法實施步驟如下第一步，建立矩形截面梁結(jié)構(gòu)2個損傷定量識別的FEMBSffI模型，獲得2個損傷診斷正問題數(shù)據(jù)庫；I、求解損傷剛度矩陣與損傷相對深度α,(i=1，2)相關(guān)的扭轉(zhuǎn)線彈簧剛度k/及相應(yīng)的損傷剛度矩陣IC為Kis=K二；(1)式(1)中的k對矩形截面梁類結(jié)構(gòu)，有k't=bh2EIillna^fiai))(2)式(2)中，b為梁寬、h為梁高，E為彈性模量，強度函數(shù)f(CIi)由材料斷裂經(jīng)驗公式給出f(aj)=0.6384-1.035α廣3·7201α/-5.1773α/+7.553α/-7.332α^+2.4909α/(3)II、將多個損傷剛度矩陣按照對應(yīng)的損傷相對位置βJi=1，2)，添加到總體剛度矩陣中去，建立基于區(qū)間B樣條小波有限元的2個損傷梁類結(jié)構(gòu)模型。將損傷剛度矩陣Ks加入整體剛度矩陣中，以單個損傷為例，左右兩邊單元節(jié)點排列見圖4所示。損傷左邊單元自由度排列為wlf={■■W.θ^t(8)損傷右邊單元自由度排列為w詢ht={Wj+10j+r..}T(9)由于損傷兩端單元節(jié)點的位移一致，即％=wJ+1,而轉(zhuǎn)角θ^和θJ+1并不相等，而是通過損傷剛度矩陣Ks聯(lián)系起來。因此，改變式(8)中自由度排列為Wleft={···θjWj}t(10)則相應(yīng)的梁類結(jié)構(gòu)動力系統(tǒng)整體剛度矩陣亙和整體質(zhì)量矩陣冠可通過初等行列變換交換與式(10)中自由度排列相對應(yīng)的行列。此時，通過疊加式(9)和式(10)得到含損傷梁類結(jié)構(gòu)動力系統(tǒng)整體自由度，表示為{…θΛ+1Θj+1...}T(11)按照式(11)中轉(zhuǎn)角自由度θj,θJ+1在整體自由排列中的相應(yīng)位置，將損傷剛度矩陣Ks疊加進(jìn)總體剛度矩陣玄中，而整體質(zhì)量矩陣冠梁類結(jié)構(gòu)動力系統(tǒng)整體質(zhì)量矩陣按有損傷梁類結(jié)構(gòu)自由度重新排列疊加得到，因此，KS加入位置由損傷相對位置βi(i=1，2)決定，得到隱含損傷相對位置βi(i=1，2)和相對深度αi(i=1，2)的梁類結(jié)構(gòu)動力系統(tǒng)總體無阻尼自由振動頻率方程\ω2Μ-\=0(12)III、區(qū)間B樣條小波有限元模型修正運用彈性模量修正，采用特征值求解的方法，對每一階頻率求出與其相對應(yīng)的彈性模量修正值EmiG=1，2，3，4)，使得無損傷時完好梁類結(jié)構(gòu)的測試頻率值與采用有限元模型的計算頻率值完全一致，即采用下式求特征值EmiG=1,2,3,4)ω^M-Eim-=O(13)EIV、采用3個BSWI梁單元求解修正后的基于區(qū)間B樣條小波有限元的2個損傷梁類結(jié)構(gòu)模型，獲得前4階包含2個損傷影響的固有頻率=1，2，3，4)。即獲得以2個損傷相對位置Ki=1,2)和相對深度Qi(i=1,2)為自變量，以f」(j=1,2,3,4)為因變量的2個損傷診斷正問題數(shù)據(jù)庫，即fj=Fj(Q1,α2,β2)(j=1,2,3,4)(14)第二步，采用第一步獲得的模型，以后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，識別梁類結(jié)構(gòu)2個損傷是否發(fā)生以及存在的位置和深度。i、進(jìn)行實驗?zāi)B(tài)分析，獲得實際2個損傷梁類結(jié)構(gòu)4階包含損傷影響的固有頻率/山·二1，2，3，4)。實驗中待檢測的矩形截面懸臂梁損傷工況見表1。采用力錘敲擊激振，用加速度傳感器拾取脈沖響應(yīng)信號，通過對響應(yīng)信號頻譜分析，得到具有2個損傷的懸臂梁4階固有頻率I(戶1,2,3,4)，不同損傷工況下實驗測試頻率結(jié)果見表1。表1含兩處損傷矩形截面懸臂梁工況及實驗測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>ii、利用后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行反問題求解，定量識別出梁類結(jié)構(gòu)2個損傷存在的位置和深度，即{αλ,α2,βλ,β2)=FJ1(Zj)(;=1,2,3,4)(15)具體實現(xiàn)過程2個損傷診斷正問題數(shù)據(jù)庫中的2個損傷相對位置=1,2)和相對深度αJi=1，2)，以及包含損傷影響的固有頻率fj(j=1,2,3,4)作為后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，并將實測梁類結(jié)構(gòu)固有頻率//y=l,2，3,4)代入訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)，判斷損傷是否產(chǎn)生，以及定量識別出梁類結(jié)構(gòu)2個損傷存在的位置和深度，包括網(wǎng)絡(luò)定義，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和網(wǎng)絡(luò)辨識三個步驟。(i)網(wǎng)絡(luò)定義圖5所示為后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理流程圖。定義2個損傷的2個損傷相對位置=1，2)和相對深度CiiG=1，2)作為診斷參數(shù)NP，而包含2個損傷影響的固有頻率fj(j=1,2,3,4)作為振動參數(shù)NT。(ii)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練圖6所示為基于后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)損傷診斷算法原理圖。將一對NP和NT的值作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的1個訓(xùn)練樣本，通過小波有限元求解獲得的大量的訓(xùn)練樣本對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，獲得用于梁類結(jié)構(gòu)2個損傷辨識的訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。其中，包含2個損傷影響的固有頻率fj(j=1,2,3,4)被用來作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)，而2個損傷相對位置βJi=1，2)和相對深度aji=1,2)則看作神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出參數(shù)。然后計算誤差并不斷迭代、反饋直至輸出參數(shù)等于目標(biāo)輸出值或網(wǎng)絡(luò)輸出與目標(biāo)輸出間的誤差滿足要求誤差門限時，迭代終止，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束。(iii)網(wǎng)絡(luò)辨識將實測的得到的損傷梁類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的4階固有頻率力(/=1,2，3,4)，如表1所示，代入已訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)計算得到的輸出參數(shù)預(yù)測出梁類結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷，以及實際梁類結(jié)構(gòu)2個損傷位置Hi=1,2)和深度ai*(i=1，2)。如果實測得到的固有頻率代入已訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)計算得到ai為0就說明是該梁無損傷。表2為四種損傷工況下含兩個損傷的矩形截面懸臂梁識別實驗結(jié)果。由表2可知，損傷位置診斷的相對誤差不超過15%，損傷深度診斷的相對誤差不超過10%。這表明在不同的損傷工況下，本發(fā)明的矩形截面梁結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的方法，可靠地完成了矩形截面梁結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別。表2含兩處損傷和矩形截面懸臂梁識別結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實施例2本例為圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷的定量識別方法，本例為兩端支承的簡支梁，梁結(jié)構(gòu)也如圖1所示，其損傷處截面如圖3所示。梁的長度L=1000mm，圓截面直徑d=50匪，半徑為r=d/2，彈性模量E=2.06XIO11NAi2,密度P=7860kg/m3,泊松比μ=0.3。梁類結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)2個損傷，ei(i=1,2)為損傷發(fā)生的位置，相對位置βi=ei/L(i=1，2)。Si(i=1，2)表示損傷深度，損傷的相對深度Cii=δ,/cKi=1,2),ξ為橫坐標(biāo)，η為縱坐標(biāo)，αΑξ)為損傷深度函數(shù)。本例圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的方法具體實施步驟如下第一步，建立圓形梁結(jié)構(gòu)2個損傷定量識別的FEMBSffI模型，獲得2個損傷診斷正問題數(shù)據(jù)庫；I、求解損傷剛度矩陣與損傷相對深度α,(i=1，2)相關(guān)的扭轉(zhuǎn)線彈簧剛度k/及相應(yīng)的損傷剛度矩陣IC為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>式⑴中的kti對圓截面梁類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>式⑷中，高度H為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>積分上限(€)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>強度函數(shù)F(η/Η)由經(jīng)驗公式給出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>II、將多個損傷剛度矩陣按照對應(yīng)的損傷相對位置βJi=1，2)，添加到總體剛度矩陣中去，建立基于區(qū)間B樣條小波有限元的2個損傷梁類結(jié)構(gòu)模型。此步驟與實施例1步驟II相同，不再重復(fù)。III、區(qū)間B樣條小波有限元模型修正此步驟與實施例1步驟III相同，不再重復(fù)。IV、采用3個BSWI梁單元求解修正后的基于區(qū)間B樣條小波有限元的2個損傷梁類結(jié)構(gòu)模型，獲得前4階包含2個損傷影響的固有頻率=1，2，3，4)。即獲得以2個損傷相對位置Ki=1,2)和相對深度Qi(i=1,2)為自變量，以f」(j=1,2,3,4)為因變量的2個損傷診斷正問題數(shù)據(jù)庫，即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(14)第二步，采用第一步獲得的模型，以后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，識別梁類結(jié)構(gòu)2個損傷是否發(fā)生以及存在的位置和深度。i、進(jìn)行實驗?zāi)B(tài)分析，獲得實際2個損傷梁類結(jié)構(gòu)4階包含損傷影響的固有頻率/;(/=1,2,3,4)ο實驗中待檢測的圓形截面簡支梁損傷工況見表3。采用力錘敲擊激振，用加速度傳感器拾取脈沖響應(yīng)信號，通過對響應(yīng)信號頻譜分析，得到具有2個損傷的簡支梁4階固有頻率/y(/=l,2,3,4)，不同損傷工況下實驗測試頻率結(jié)果見表2。表3含兩處損傷圓形截面簡支梁工況及實驗測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>ii、利用后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行反問題求解，定量識別出梁類結(jié)構(gòu)2個損傷存在的位置和深度。此步驟與實施例1步驟ii相同，包括網(wǎng)絡(luò)定義，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和網(wǎng)絡(luò)辨識三個步驟。⑴網(wǎng)絡(luò)定義此步驟與實施例1步驟(i)相同。(ii)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練此步驟與實施例1步驟(ii)相同。(iii)網(wǎng)絡(luò)辨識將實測的得到的損傷梁類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的4階固有頻率力(/=1,2，3,4)，如表3所示，代入已訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)計算得到的輸出參數(shù)預(yù)測出梁類結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷，以及實際梁類結(jié)構(gòu)2個損傷位置Hi=1，2)和深度ai*(i=1，2)。表4為四種損傷工況下含兩個損傷的圓形截面簡支梁識別實驗結(jié)果。由表4可知，損傷位置診斷的相對誤差不超過15%，損傷深度診斷的相對誤差不超過10%。這表明在不同的損傷工況下，本例的圓形截面梁結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的方法可靠地完成了梁結(jié)構(gòu)兩個損傷的定量識別。表4含兩處損傷圓形截面簡支梁識別結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>上述實施例，僅為對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說明的具體個例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。權(quán)利要求矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的方法，其特征在于第一步，建立矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的區(qū)間B樣條小波有限元模型，獲得兩個損傷診斷正問題數(shù)據(jù)庫；第二步，采用第一步得到的模型，以后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法識別梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷是否發(fā)生以及存在的位置和深度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的方法，其特征在于所述的第一步包括以下步驟I、求解損傷剛度矩陣，確定與損傷相對深度、(i=1,2)相關(guān)的扭轉(zhuǎn)線彈簧剛度k/及相應(yīng)的損傷剛度矩陣IC為IC矩陣式中，對矩形截面梁類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，有g(shù)=汕2五/(？？抓,2/^))，此式中，b為梁寬、h為梁高，E為彈性模量，強度函數(shù)f(a》由經(jīng)驗公式給出f(aj)=0.6384-1.035aj+3.7201a^-5.1773a^+7.553a^-7.332a^+2.4909aJ；K；矩陣式中，對圓形截面梁類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，有nEr81k:’此式中，r為圓截面半J-ryjl-il-laf)2J0徑，且r=d/2，u表示泊松比，高度H為=，積分上限(0為ai^)=2rai-{r-^r2-^);強度函數(shù)F(n/H)由經(jīng)驗公式給出F(n/H)=1.122-1.40(n/H)+7.33(n/H)2-13.08(n/H)3+14.0(n/H)4；II、將2個損傷剛度矩陣按照對應(yīng)的損傷相對位置=1，2)，添加到總體剛度矩陣中去，建立基于區(qū)間B樣條小波有限元的2個損傷梁類結(jié)構(gòu)模型；III、區(qū)間B樣條小波有限元模型修正，對每一階頻率求出與其相對應(yīng)的彈性模量修正值E^G=1，2，3，4)，此式中LF為求正問題模型需要的頻率階數(shù)，LF=4；使得無損傷時完好梁類結(jié)構(gòu)的測試頻率值與采用有限元模型的計算頻率值完全一致，即采用下式求特征值E^G=1,2,3,4)EIV、求解修正后的基于區(qū)間B樣條小波有限元的2個損傷梁類結(jié)構(gòu)模型，獲得前LF階包含2個損傷影響的固有頻率fj(j=1，2，3，4)，即獲得以2個損傷相對位置0i(i=1，2)和相對深度aji=1,2)為自變量，以f」(j=1,2,3,4)為因變量的2個損傷診斷正問題數(shù)據(jù)庫，即fj=Fj(aa2,^，旦2)(j=1,2,3,4)3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的方法，其特征在于所述的第二步具體包括以下步驟i、進(jìn)行實驗?zāi)B(tài)分析，獲得實際2個損傷梁類結(jié)構(gòu)4階包含損傷影響的固有頻率/力二1,2,3,4);ii、利用后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行反問題求解，定量識別出梁類結(jié)構(gòu)2個損傷存在的位置和深度，即{ax,a2px,fi2)=Fj\fj)(j=1,2,3,4),以2個損傷診斷正問題數(shù)據(jù)庫中的2個損傷相對位置0i(i=1，2)、相對深度ai(i=1,2)以及包含損傷影響的固有頻率fj(j=1,2,3,4)作為后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，并將實測梁類結(jié)構(gòu)固有頻率義(j=1,2,3,4)代入訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)，判斷損傷是否產(chǎn)生，以及定量識別梁類結(jié)構(gòu)2個損傷存在的位置和深度，具體包括網(wǎng)絡(luò)定義，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和網(wǎng)絡(luò)辨識三個步驟(i)網(wǎng)絡(luò)定義定義2個損傷的相對位置=1，2)和相對深度ai(i=1，2)作為診斷參數(shù)NP，而包含2個損傷影響的固有頻率。(」=1,2,3,4)作為振動參數(shù)NT;(ii)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練將一對NP和NT的值作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本，訓(xùn)練得到用于梁類結(jié)構(gòu)2個損傷辨識的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；其中，包含2個損傷影響的固有頻率。(」=1,2,3,4)用以作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)，而2個損傷相對位置=1,2)和相對深度ai(i=1，2)則看作神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出參數(shù)，然后計算誤差并不斷迭代、反饋直至輸出參數(shù)等于目標(biāo)輸出值或網(wǎng)絡(luò)輸出與目標(biāo)輸出間的誤差滿足要求誤差門限時，迭代終止，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束；(iii)網(wǎng)絡(luò)辨識將實測的得到的損傷梁類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的4階固有頻率代入已訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)計算得到的輸出參數(shù)預(yù)測出損傷發(fā)生的位置和深度。全文摘要本發(fā)明為矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的方法，第一步，建立梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷定量識別的區(qū)間B樣條小波有限元模型，獲得兩個損傷診斷正問題數(shù)據(jù)庫。第二步，采用上步得到的模型，以后向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法識別梁類結(jié)構(gòu)兩個損傷是否發(fā)生以及存在的位置和深度。本發(fā)明為小波有限元和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)混合方法，有了訓(xùn)練好的梁類結(jié)構(gòu)2個損傷識別神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)后，只需實驗取得實際梁類結(jié)構(gòu)的前4階固有頻率，即能可靠地對矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)的兩個損傷定量識別，適合于工程中廣泛使用的矩形和圓形截面梁類結(jié)構(gòu)損傷定量識別。文檔編號G06F17/50GK101833596SQ201010137158公開日2010年9月15日申請日期2010年3月31日優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日發(fā)明者向家偉,蔣占四申請人:桂林電子科技大學(xué)