6.1.1 結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別的定義

在系統(tǒng)模型已知的情況下，用實(shí)測(cè)的輸入與輸出數(shù)據(jù)來識(shí)別描述系統(tǒng)特性的各種物理參數(shù)，如系統(tǒng)的質(zhì)量、剛度及阻尼，稱之為“參數(shù)識(shí)別”。

如果實(shí)際結(jié)構(gòu)可以運(yùn)用所謂的“模態(tài)模型”來描述其動(dòng)態(tài)響應(yīng)，則通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析，尋求其“模態(tài)參數(shù)”的過程，稱之為模態(tài)參數(shù)識(shí)別。

6.1.2 結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別的目的

1 通過模態(tài)試驗(yàn)，一般情況下可獲取結(jié)構(gòu)自振頻率、振型、模態(tài)阻尼比，如有特殊要求，可獲取模態(tài)剛度、模態(tài)質(zhì)量等結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性參數(shù)。

2 獲取的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性參數(shù)，可為結(jié)構(gòu)計(jì)算模型修正提供依據(jù)，并為結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

6.1.3 模態(tài)試驗(yàn)的基本要求

1 結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗(yàn)前，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康闹贫ǚ舷嚓P(guān)技術(shù)要求的試驗(yàn)方案，并進(jìn)行必要的計(jì)算。

2 模態(tài)試驗(yàn)應(yīng)符合下列要求：

(1) 傳感器宜選擇高靈敏度的低頻傳感器；

(2) 測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)盡量避開振型節(jié)點(diǎn)和反節(jié)點(diǎn)處，所布測(cè)點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于所測(cè)模態(tài)階數(shù)的2倍，宜對(duì)稱布置同時(shí)采集；

(3) 試驗(yàn)時(shí)應(yīng)避免環(huán)境及系統(tǒng)干擾；

(4) 采樣頻率應(yīng)滿足采樣定理的基本要求；

(5) 采樣時(shí)間要保證數(shù)據(jù)有足夠的長(zhǎng)度；

(6) 當(dāng)測(cè)點(diǎn)較多而傳感器數(shù)量不足時(shí)，可以分批測(cè)量，每批測(cè)試應(yīng)至少保留一個(gè)共同的參考點(diǎn)。

6.1.4 數(shù)據(jù)處理方法

大跨橋梁、大型建筑等土木工程結(jié)構(gòu)，通常難以對(duì)其實(shí)施人工激勵(lì)，可以采用隨機(jī)振動(dòng)識(shí)別理論，通過測(cè)量“環(huán)境激勵(lì)”下的輸出響應(yīng)來識(shí)別結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。

環(huán)境激勵(lì)下的工程結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法可以分為三大類：頻域識(shí)別方法、時(shí)域識(shí)別方法和時(shí)頻域方法。

6.1.5 在線識(shí)別技術(shù)

“在線”強(qiáng)調(diào)的是模態(tài)參數(shù)識(shí)別的實(shí)時(shí)性和自動(dòng)性。相對(duì)于普通的基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的模態(tài)試驗(yàn)而言，在線模態(tài)參數(shù)識(shí)別具有全天候、快速、實(shí)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，由于實(shí)際結(jié)構(gòu)在不同環(huán)境下其動(dòng)力特性會(huì)有所不同，如邊界條件、溫度的變化，臺(tái)風(fēng)、運(yùn)營(yíng)荷載等，只有實(shí)時(shí)分析才能獲取整個(gè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性變化情況。

6.2 損傷識(shí)別方法

6.2.1 總體要求

1 工作目標(biāo)

結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別是指利用結(jié)構(gòu)的響應(yīng)數(shù)據(jù)來分析結(jié)構(gòu)物理參數(shù)的變化，進(jìn)而識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷。

2 深度要求

(1) 損傷識(shí)別根據(jù)工作深度可以由淺入深逐次分為損傷預(yù)警、損傷定位、損傷定量、損傷評(píng)估；

(2) 損傷預(yù)警應(yīng)給出結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷的明確判斷，并對(duì)相應(yīng)的判斷閾值進(jìn)行說明；

(3) 損傷定位應(yīng)給出結(jié)構(gòu)發(fā)生的損傷位置，可給出損傷位置的幾何坐標(biāo)，也可給出損傷單元或者構(gòu)件的編號(hào)；

(4) 損傷定量應(yīng)以百分比的形式給出發(fā)生損傷的單元或者構(gòu)件的損傷程度；

(5) 損傷評(píng)估應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷后的性能退化做出綜合評(píng)估，對(duì)結(jié)構(gòu)損傷后的殘余壽命進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)。

6.2.2 動(dòng)力指紋法

可選用固有頻率、固有振型等模態(tài)參數(shù)及其各種導(dǎo)出量來構(gòu)建結(jié)構(gòu)的動(dòng)力指紋，根據(jù)動(dòng)力指紋的變化來辨識(shí)結(jié)構(gòu)的損傷。

常見的結(jié)構(gòu)動(dòng)力指紋包括固有頻率比、固有振型變化、振型曲率、應(yīng)變模態(tài)振型、MAC、COMAC、柔度曲率、模態(tài)應(yīng)變能、里茲向量等，結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需要選用其中的一種或者多種。

6.2.3 模型修正法

若有高精度的有限元基準(zhǔn)模型可供利用時(shí)，可采用模型修正的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)物理參數(shù)辨識(shí)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的目的。

模型修正是利用結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（一般是模態(tài)參數(shù)）來修正結(jié)構(gòu)的初始理論模型，使修正后的結(jié)構(gòu)模型的響應(yīng)與結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)響應(yīng)相一致。用模型修正法進(jìn)行損傷識(shí)別時(shí)，應(yīng)把有限元基準(zhǔn)模型作為結(jié)構(gòu)的初始理論模型，把損傷后的結(jié)構(gòu)響應(yīng)作為結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

用于損傷識(shí)別的常用的模型修正方法可分為：矩陣型修正方法、元素型修正方法、誤差因子修正方法（子矩陣修正方法）、設(shè)計(jì)參數(shù)修正方法。

6.2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種基于數(shù)據(jù)的非參數(shù)化非線性建模方法，其用于損傷識(shí)別的基本步驟，是構(gòu)建結(jié)構(gòu)的損傷數(shù)據(jù)集合，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，校驗(yàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有效性，利用訓(xùn)練得到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行損傷識(shí)別。

結(jié)構(gòu)的損傷數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)用途劃分為訓(xùn)練集、校驗(yàn)集、測(cè)試集。為了得到較好的結(jié)果，訓(xùn)練集一般應(yīng)進(jìn)行歸一化。