(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211185380.1 (22)申请日 2022.09.27 (71)申请人 中南大学 地址 410075 湖南省长 沙市天心区韶山 南 路22号中南大 学铁道校区 (72)发明人 卢玄东　邹云峰　李震　梁浩博　 何旭辉　蔡陈之　 (74)专利代理 机构 长沙智嵘专利代理事务所 (普通合伙) 4321 1 专利代理师 颜汉华 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 119/10(2020.01) (54)发明名称 基于时域响应重构的损伤识别方法及系统、 设备、 存储介质 (57)摘要 本发明公开了一种基于时域响应重构的损 伤识别方法及系统、 设备、 存储介质， 所述基于时 域响应重构的损伤识别方法采用应变响应提取 模态响应， 并基于重构模态响应和提取模态响应 的差异信息作为有限元模型修正的依据， 利用了 结构应变对损伤的高灵敏度， 提高了识别精度， 通过不断对有限元模型进行修正， 直至重构值和 提取值之间的差异最小， 此时迭代后的有限元模 型与实际损伤结构最为接近， 从而根据最终迭代 后的累积损伤因子得到损伤识别结果， 整个识别 过程无需外载荷信息， 也无需进行模态识别， 通 过高效的时域应变重构即可在少量测量信号下 实现对结构损伤的精确识别， 能更好地适应复杂 测量环境的结构健康监测。 权利要求书4页 说明书13页 附图10页 CN 115510708 A 2022.12.23 CN 115510708 A 1.一种基于时域响应重构的损伤 识别方法， 其特 征在于， 包括以下内容： 采用经验模态分解法从实 际损伤结构的每个测量位置的应变响应中提取出应变模态 响应； 基于提取出的应变模态响应和无损伤模型的应变模态重构得到无损伤模型中每个测 量位置的应 变模态响应； 对于同一测量位置， 基于重构的应变模态响应和提取的应变模态响应构建应变模态响 应差异向量； 对构建的应 变模态响应差异向量进行最小化迭代优化 求解， 得到损伤 识别结果。 2.如权利要求1所述的基于时域响应重构的损伤识别方法， 其特征在于， 基于下式求解 无损伤模型的应 变模态： 其中， Φ(k)表示无损伤模型中第k个单元的应变模态， B(k)表示第k个单元的应变位移矩 阵， 表示第k个单 元的振型指数。 3.如权利要求2所述的基于时域响应重构的损伤识别方法， 其特征在于， 无损伤模型中 每个测量位置的应 变模态响应的重构过程具体为： 结构中两个测量 位置处应 变的模态响应在同一时刻t存在 如下关系： 其中， 下标a和b表示测量位置， 下标j表示模态阶次， Φ表示应变模态， δ表示应变模态 响应； 由提取出的测量 位置a处的应 变模态响应重构得到测量 位置b处的应 变模态响应： 其中， 上标r和m分别表示重构值和 测量值。 4.如权利要求3所述的基于时域响应重构的损伤识别方法， 其特征在于， 应变模态响应 差异向量的构建过程具体为： 将损伤识别问题表述为使实际损伤结构与无损伤模型之间有关结构特性的信息差异 最小值问题： 其中， 表示使用实际损伤结构的应变模态重构得到的应变模态 响应向量， 表示使用无损 伤模型的应变模态重构得到的应变模态响应向量， 上标r表 示重构值， 下标d和f分别表示实际损伤结构和无损伤模型， w表示对角加 权矩阵， || ·||表 示范数， 表示损伤因子 向量， Nr,Nt,n分别表示重构次数、 每个传感器记录的时刻数 目和参与损伤 识别的损伤参数 数目；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115510708 A 2令 其中， Δ δr表示应变模态响应差异向量； 使用对应测量位置提取出的应变模态响应替代使用实际损伤结构的应变模态重构得 到的应变模态响应， 则 上标m表示测量 值。 5.如权利要求4所述的基于时域响应重构的损伤识别方法， 其特征在于， 所述对构建的 应变模态响应差异向量进行最小化迭代优化 求解， 得到损伤 识别结果的过程具体为： 基于高斯‑牛顿迭代法构造迭代过程中应变模态响应差异向量与损伤 因子向量增量的 关系式如下： 其中， 表示第k次迭代中重构值对损伤因子向量的灵敏度矩阵， 上 标k表示第k次迭代， Δαk表示第k次迭代所得到的损伤因子向量增量， Δδr,k表示第k次迭代 所 得 到 的 应 变 模 态 响 应 差 异 向 量 ，则 前 k 次 迭 代 后 的 累 积 损 伤 因 子 向 量 设置灵敏度矩阵、 累积损伤因子向量和应变模态响应差异向量的初始值分别为 α0、 Δ δr,0； 采用阻尼最小二乘法对损伤因子向量增量Δαk进行迭代求 解， 求解表达式为： 其中， 上标T表示转置， λ表示非负阻尼正则化参数， 表示单位矩阵， 不断迭代， 当满足如下 条件时， 迭代结束： 其中， tol表示迭代容许值； 根据迭代结束后的累积损伤因子向量αk确定实际损伤结构的损伤位置和损伤程度。 6.如权利要求5所述的基于时域响应重构的损伤识别方法， 其特征在于， 在迭代过程 中， 灵敏度矩阵 的计算过程 为： 对第k次迭代所 得到的应 变模态响应差异向量Δ δr,k按行进行组装， 表达式为： 其中， 表示第k次迭代得到的应变模态响应差异向量Δδr,k中第i个重构的应变模权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115510708 A 3