(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 202210829793.2 (22)申请日 2022.07.14 (71)申请人 扬州大学 地址 225009 江苏省扬州市大 学南路88号 (72)发明人 朱林　汪俊豪　王金　杨思捷　 邱建春　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 专利代理师 柏尚春 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于顶尖部衡能系数的结构健康指标 评估方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于顶尖部衡能系数的 结构健康指标评估方法， 该方法包括如下步骤： S1.基于承荷差值率特征的易损伤位置的确定； S2.基于非线 性谱衡因子的易损伤位置的顶尖部 狭域的确定； S3.顶尖部狭域的衡能系数的实时 监测； S4.易损伤位置中衡能系数的确定； S5.基 于顶尖部衡能系数的结构健康指标值的确定。 本 发明可以实现大型结构在实时稳定工作载荷条 件下健康指标的在线评估， 通过承受载荷差值变 化率特征计算确定结构中的易损伤 位置， 通过 非 线性谱衡因子确定易损伤位置的顶尖部狭域， 然 后监测顶尖部狭域的衡能系数， 并在此基础实时 换算危险区域位置的衡能系数， 有利于精确地实 时获取大结构件的极端健康指标。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 115310314 A 2022.11.08 CN 115310314 A 1.一种基于顶尖部衡能系数的结构健康指标评估方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： S1基于承荷差值 率特征的易损伤位置的确定； 运用Pro‑E软件建立结构的三维模型， 并在建模阶段设置好大型结构中不同部位之间 的属性连接关系， 待模型建立完毕后， 将三维模型导入到ANSYS分析软件中， 设置实际载荷 工况条件下的约束位置及载荷施加位置与数值， 开始后处理分析获得结构的应力分布状 态， 在分析所获得的结构应力分布状态云图中， 选择分布状态较集中的区域作为标记位置， 记为i， i＝1，…， M， M为选择的所有分布状态较集中区域的总个数， 在上述分析的基础上， 将随时间变化的正弦载荷谱作为输入载荷导入到有限元分析软 件中分析i号区域随时间变化的承荷差值率Bi， 并将存在异常突变承荷差值率的区域作为 待分析的危险区域， S2基于非线性谱衡因子的易损伤位置的顶尖部狭域的确定； 在S1分析的基础上， 在有限元ANSYS软件中提取i号易损伤位置的等效名义最大应力值 σimax， 外载谐响应模态下的最大响应频率Pimax， 并在此基础上， 在有限元分析软件中的谐响 应分析模块中分析易损伤位置中最大振型附近区域的异常频率狭域， 标记为编号j， 记j编 号狭域处的等效名义应力值为σij， 记j编号狭域处的最大谐响应频率值为Pijmax， j＝1， 2，…， N， N为狭域的总数， 然后， 结合上述分析结果， 代入下式对易损伤位置中顶尖部狭域的非线性谱衡因子Gij 进行求解， 其中Gij为易损伤位置中顶尖部狭域的非线 性谱衡因子， C(Bi)max为所有承荷差值率Bi中 的最大值， 为承荷差值率的平均值， σij为j编号狭域处的等效名义应力值， Pimax为外载谐 响应模态下的最大响应频率， σimax为i号易损 伤位置的等效名义最大应力值， Pijmax为j编号 狭域处的最大谐响应频率 值， S3顶尖部狭域的衡能系数的实时监测； 在S2分析的基础上， 将分析获得的第i号危险区域的第j号主狭域位置进行标记， 并在 该位置布置振动传感器， 实时获取振动信号的实时加速度值， 并代入 下式第i号危险区域中 第j号主狭域 位置的衡能系数Sij进行求解， 式中Sij为第i号危险区域中第j号主狭域位置的衡能系数， Iijt第i号危险区域中第j号 主狭域位置在第t时间节点 时实时监测的加速度信号数值， t＝1， 2， …， tm， tm为总时间， M为 选择的所有分布状态较集中区域的总个数， N为狭域的总数， Gij为易损伤位置中顶 尖部狭域 的非线性谱衡因子， i为应力 分布状态云图中分布状态较集中的区域， j为谐响应分析模块权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115310314 A 2中分析易损伤位置中最大振型附近区域的异常频率狭域， C(Iijt)max为所有第i号危险区域 中第j号主狭域位置在第t时间节点时实时监测的加速度信号数值Iijt中的最大值， C (Iijt)min为所有第i号危险区域中第j号主狭域位置在第t时间节点时实时监测的加速度信 号数值Iijt中的最小值， S4易损伤位置中衡能系数的确定； 在上述S1 ‑S3分析数据结果的基础上， 代入下式对易损伤位置的衡量系数 Ki进行求解。 式中Ki为易损伤位置的衡量系数， ε为结构单元的邻接系数， M为选 择的所有分布 状态较 集中区域的总个数， N为狭域的总数， Sij为第i号危险区域中第j号主狭域位置的衡能系数， i 为应力分布状态云图中分布状态较集中的区域， j为谐响应分析模块中分析易损伤位置中 最大振型附近区域的异常频率狭域， Bi为第i号区域随时间变化的承荷差值率， β 为结构的 结构能系数常取值为0.67， C(Sij)max为所有第i号危险区域中第j号主狭域位置的衡能系数 Sij中的最大值， C(Sij)min为所有第i号危险区域中第j号主狭域位置的衡能系数Sij中的最小 值， S5基于顶尖部衡能系数的结构健康指标值的确定； 在S1‑S4中分析 结构的基础上， 代入下式对结构健康指标值H进行求 解， 其中， H为结构健康指标值， C(Ki)max为所有易损伤位置的衡能系数Ki中的最大值， C (Ki)min为所有易损伤位置的衡能系数Ki中的最小值， lg为对数符号， C(σimax)max为所有区域 中易损伤位置的单向应力的最大值， σlim为结构材 料所对应的材 料疲劳强度极限值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115310314 A 3