(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 202210492137.8 (22)申请日 2022.05.06 (71)申请人 暨南大学 地址 510632 广东省广州市天河区黄埔大 道西601号 (72)发明人 聂振华　向宏　沈清伟　马宏伟　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 专利代理师 黄卫萍 (51)Int.Cl. G01M 7/02(2006.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 基于振型差比矩阵与模式匹配的结构损伤 快速识别方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于振型差比矩阵与模 式匹配的结构损伤快速识别方法， 步骤如下： 通 过仿真软件有 限元分析模拟结构各种工况的损 伤， 得到每种损伤情况下的固有频率与振型数 据， 根据振 型数据构造振型差比矩阵作为指标构 建损伤模式库； 采集结构加速度数据， 对信号进 行响应功率谱比计算， 利用响应功率谱比在极点 位置的幅值和振型比的关系 构造响应信号的振型差比矩阵， 将其与损伤模式 库中振型差比矩阵进行匹配， 损伤模式库中与之 最相近的工况视为该结构的损伤情况。 该方法只 需得到结构响应信号， 不受激励的影响， 没有识 别模态参数或进行复杂计算， 能实现快速识别损 伤的目标。 权利要求书3页 说明书9页 附图11页 CN 114923650 A 2022.08.19 CN 114923650 A 1.一种基于振型差比矩阵与模式匹配的结构损伤快速识别方法， 其特征在于， 所述结 构损伤快速识别方法包括以下步骤： S1、 构造振型差比， 形式如下： 式中： 下标a、 b、 c、 d分别代表待测建筑结构的不同层数； 下标r表示待测建筑结构处于r 阶固有频率； 分别表示r阶固有频率下a、 b、 c、 d层的振型值； S2、 对待测建筑结构进行仿真软件有限元分析， 得到各种损伤工况的固有频率与振型 数据并储 存； S3、 对待测建筑结构各层的振型值进行振型差比计算， 每种工况的每一阶固有频率分 别得到一个振型差比矩阵， 这些振型差比矩阵拥有相同的形式， 其中在第k种工况的r阶固 有频率下振型差比矩阵Akr形式为： 式中： 下标0、 1、 2、 3、 4. ..n‑3、 n‑2、 n‑1、 n分别代 表待测建筑结构的层数； 分别表示r阶固有频率下0、 1、 2、 3、 4...n‑3、 n‑2、 n‑1、 n层的振型值， 的振型值 为0； 将上述振型差比矩阵Akr的形式化简为 [1： 1， 1： 2， . ..， 1： n， 2： 2， 2： 3， . ..， 2： n， ...， n： n] 式中： n： n代表矩阵中此列振型差比数据所相差的层数之比， 第一个n代表此列振型差 比数据的分子是相 差n层之间的振型差值， 第二个n代表此列振型差比数据的分母是相差n 层之间的振型差值； S4、 组合第k种工况前r 阶固有频率下的振型差比矩阵， 得到能表征结构损伤状态的全 局振型差比矩阵A(k)＝[Ak1 Ak2 Ak3 ... Akr]， 其中A(k)表示第k种工况的全局振型差比矩 阵， 当损伤模式库共有q种损伤工况时， 得到q种不同的全局振型差比矩阵， 建立损伤模式库 ψ＝[A(1)  A(2) A(3) ... A(q)]， 并将损伤模式库中的指标以相应的损伤情况命名； S5、 在待测建筑结构不同层上至少安装两个加速度传感器， 分别得到各个加速度传感权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114923650 A 2器在随机 激励下的响应信号z(t)； S6、 对响应信号z(t)进行响应功率谱比计算， 其中响应功率谱比定义及响应功率谱比 在极点与振型比的关系如下： 设zi(t)和zj(t)为加速度传感器在i、 j两层的加速度数据， zp(t)为参考层p的加速度数 据， 则zi(t)和zj(t)关于zp(t)的响应功率谱比 定义为功率谱Gip(s)和功率谱Gjp(s)之 比， 即 式中： w为角频率， p为任意参考层， 将参考层定为i则只需知道待测建筑结构两层的响应便可得到响应功 率谱比 为表述方便省略上 标i， 即 Tij(s)＝Gii(s)/Gji(s) 当s趋近于极点 λr时， 也就是频率w接近待测建筑结构r阶固有频率 wr时， 满足下式 式中： φir、 φjr分别表示r阶固有频率下i、 j层的振型值； 即 其中： |Tij(wr)|为i、 j两层响应信号在r阶固有频率 wr下的响应功率谱比幅值； S7、 利用响应功率谱比在 r阶固有频率wr下与振型比的关系构造由响应信号得到的振型 差比， 定义如下： 其中： |Tae(wr)|、 |Tbe(wr)|、 |Tce(wr)|、 |Tde(wr)|分别为待测建筑结构的a和e两层、 待测 建筑结构的b和e两层、 待测建筑结构的c和e两层、 待测建筑结构的d和e两层响应信号在固 有频率wr下的响应功率谱比幅值， e为待测建筑结构振型值不为0的任意一层， 表示r阶 固有频率下 e层的振型值； S8、 构造由响应信号得到的振型差比矩阵， 这些振型差比矩阵拥有相同的形式， 其中在 第k种工况的r阶固有频率 wr下振型差比矩阵Bkr的形式如下：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114923650 A 3