(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 202210722518.0 (22)申请日 2022.06.24 (71)申请人 江西交通职业 技术学院 地址 330013 江西省南昌市经济技 术开发 区双港东大街64 4支路395号 申请人 江西理工大 学南昌校区 (72)发明人 李翠　朱学坤　伍晓顺　张雅儒　 史亚琴　陈剑毅　 (74)专利代理 机构 重庆信必达知识产权代理有 限公司 5 0286 专利代理师 陈小东 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01B 21/32(2006.01)G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种静力变形测量误差的控制方法、 设备、 介质及终端 (57)摘要 本发明属于结构静力测试技术领域， 公开了 一种静力变形测量误差的控制方法、 设备、 介质 及终端， 在给定的荷载模式下， 结构 的静力变形 近似表达为少数贡献模态的线性组合， 结构参数 变化对静力变形的影响体现在贡献模态组合系 数的变化上， 结构静力变形的监测问题转化为贡 献模态组合系数的测量问题； 贡献模态组合系数 测量误差成为静力变形测量误差的决定性因素； 基于贡献模态组合系数越大估计误差上界往往 越小的特点， 针对待测荷载各阶贡献模态依次寻 找各自对应的最优测试荷载， 再利用最优测试荷 载对结构实施静力测试， 最后采用间接测量的方 式来计算待测荷载静力变形， 从而实现待测荷载 静力变形测量 误差的控制。 权利要求书4页 说明书12页 附图5页 CN 115235886 A 2022.10.25 CN 115235886 A 1.一种静力变形测量误差的控制方法， 其特征在于， 所述静力变形测量误差的控制方 法包括： 在给定的荷载模式下， 结构的静力变形表达为少数贡献模态的线性组合， 结构参数变 化对静力变形的影响体现在贡献模态组合系数的变化上， 结构静力变形的监测问题转化为 贡献模态组合系数的测量问题； 贡献模态组合系数测量误差成为静力变形测量误差的决定 性因素； 基于贡献模态组合系 数越大估计误差上界往往越小的特点， 针对待测荷载各阶贡 献模态依 次寻找各自对应的最优测试荷载， 再利用最优测试荷载对结构实施静力测试， 最 后采用间接测量的方式来计算待测荷载静力变形， 从而实现待测荷载静力变形测量误差的 控制。 2.如权利要求1所述静力变形测量误差的控制方法， 其特征在于， 所述静力 变形测量误 差的控制方法具体包括： 步骤一， 设定待测荷载pD， 根据结构设计有限元模型， 计算贡献模态集 合EpD； 步骤二， 依 次针对EpD中的贡献模态j， 寻找最优测试荷载pTj， 使得待测荷载pD和测试荷 载pTj包含共同的贡献模态j， 且pTj作用下的参数γj最大； 步骤三， 依次将pTj施加于结构并测得相应的贡献模态组合系数αpTj； 步骤四， 根据间接测量公式， 依次计算考虑pD作用的各阶贡献模态组合系数αpDj， 最后将 各阶贡献模态进行线性组合得到pD作用下误差被控制的静力变形。 3.如权利要求2所述静力变形测量误差的控制方法， 其特征在于， 所述静力 变形扩展的 贡献模态法具体过程 为： 当索杆张力结构的自由度数为n， 杆件数为b； 记结构的切线 刚度为KT(n×n)， 标准特征 分解为： (KT‑ηjI)θj＝0    (1) 式中： I(n ×n)为单位对角矩阵， 视作虚拟质量矩阵； ηj和θj(n×1)分别为第j阶特征空 间的特征值和标准特 征向量； 且 η1≤ ηj≤…≤ ηn(j＝1,2, …,n)； 进一步以谱分解的形式来表达KT， 有 索杆张力结构的线性平衡方程 为： KTd＝p    (3) 式中： p(n ×1)为荷载向量； d(n ×1)为变形向量； θj(j＝1,2, …,n)组成自 由度空间的一 组正交基向量， 变形d表达为： 式中： αr为θr的组合系数， 用来衡量θr对d的贡献； 将式(2)、 (4)代入式(3)， 并在式(3)两 端左乘 整理后得到： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115235886 A 2式中： ηj和αj分别为对应模态j的广义荷载、 广义刚度和广义变形； 衡量模态j对变 形d的贡献 大小， 定义相对系数： 式中： αmax为所有广义变形绝对值的最大值； |  |表示取绝对值； 设定阈值γu， 将γj大于 γu的模态定义 为贡献模态， 则变形d近似表达为： 式中： Ep为由贡献模态组成的集合； 式(7)为基于理想结构 的线性分析推导而来； 实际 上， 考虑材料弹塑性和几何非线性， 包含任意参数偏差 的实际结构静力变形表达为Ep中贡 献模态的线性组合， 即 式中： 为θs的等效组合系数； θs为基于理想结构求解的第s阶振型； 为相同荷载p作用 下的实际结构静力变形； 根据式(7)、 (8)可知， 在相同荷载作用下 理想结构和实际结构的贡 献模态保持不变； 实际结构包含的参数偏差体现在贡献模态组合系 数的变化上， 实际结构 的静力变形测量问题转 化为贡献模态组合系数的测量问题。 4.如权利要求3所述静力变形测量误差的控制方法， 其特征在于， 所述通过优选测点位 置来实现贡献模态组合系数的无偏估计具体过程 为： 定义Fisher信息矩阵 其中 为贡献模态对应振型组成的矩阵； 最大化Fisher 信息矩阵的行列式使贡献模态组合系 数估计值与真实值之间的方差尽可能地小； 自由度k 对Fisher信息矩阵行列式的贡献用下式表达： 式中： 为 的第k行； 上标－1表示取逆计算； 按迭代策略来筛选贡献较大的自由 度。 5.如权利要求4所述静力变形测量误差的控制方法， 其特征在于， 所述按迭代策略来筛 选贡献较大的自由度具体过程 为： 第一步， 基于所保留的自由度计算Sk和Λ， 迭代开始前保留所有的自由度； 第二步， 将贡献最小的自由度剔除； 第三步， 当保留的自由度 数量达到预期值则停止迭代， 否则返回第一步继续迭代； 为保 证贡献模态组合系数 无偏估计的精度， 所保留的测点数量应不少于贡献模态的数量； 上述迭代过程结束后将得到最优的测点位置； 根据式(8)， 基于少数测点实测变形的贡 献模态组合系数 无偏估计值 为： 式中： 为仅保留测点所在自由度的贡献模态矩阵； 为实际结构在测点位置的实测权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115235886 A 3