(19)中华 人民共和国 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 202111469982.5 (22)申请日 2021.12.0 3 (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 (72)发明人 姜明顺　程洋洋　张雷　隋青美　 贾磊　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 代理人 张庆骞 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01)G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) G06F 119/04(2020.01) (54)发明名称 一种横梁结构的应变变化率损伤识别方法 及系统 (57)摘要 本发明属于横梁 结构损伤识别技术领域， 提 供了一种横梁结构的应变变化率损伤识别方法 及系统。 其中， 该方法包括离散化横梁结构， 并基 于有限元模型进行FBG传感器网络虚拟布点； 基 于FBG传感器网络虚拟布点及逆有限元方法的加 权最小二乘泛函数， 计算结构分析应变， 再结合 边界条件进行位移 重构； 根据重构误差， 判断FBG 传感器布局是否需要优化， 若是， 则优化FBG传感 器布局并将其粘贴到实际横梁结构； 否则， 按照 FBG传感器网络虚拟布点方式直接布局到实际横 梁结构上； 基于实际横 梁结构上的FBG传感器， 结 合逆有限元法和边界条件， 得到全场重构位移， 求导得到全场应变， 进而得到应变变化率； 基于 应变变化率及残差神经网络， 对横梁 结构的损伤 进行定位和量 化。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 114154220 A 2022.03.08 CN 114154220 A 1.一种横梁结构的应 变变化率损伤识别方法， 其特 征在于， 包括： 离散化横梁结构， 并基于有限元模型进行 FBG传感器网络虚拟布点； 基于FBG传感器网络虚拟布点及逆有限元方法的加权最小二乘泛函数， 计算结构分析 应变， 再结合边界条件进行位移重构； 根据重构误差， 判断FBG传感器布局是否需要优化， 若是， 则 优化FBG传感器布局并将其 粘贴到实际横梁结构； 否则， 按照FBG传感器网络虚拟布点方式直接布局到实际横梁结构 上； 基于实际横梁结构上的FBG传感器， 结合逆有限元法和边界条件， 得到全场重构位移， 求导得到全场应 变， 进而得到应 变变化率； 基于应变变化率及残差神经网络， 对横梁结构的损伤进行定位和量 化。 2.如权利要求1所述的横梁结构的应变变化率损伤识别方法， 其特征在于， 采用粒子群 算法来优化FBG传感器布局。 3.如权利要求1所述的横梁结构的应变变化率损伤识别方法， 其特征在于， 基于四边形 四节点逆壳单 元对横梁结构进行离 散。 4.如权利要求3所述的横梁结构的应变变化率损伤识别方法， 其特征在于， 所述四边形 四节点逆壳单元的每节点有6个位移自由度， 包括沿直角坐标系的X轴、 Y轴和Z轴的三个平 动自由度和三个转动自由度。 5.如权利要求1所述的横梁结构的应变变化率损伤识别方法， 其特征在于， 在计算结构 分析应变的过程中， 当逆有限元 的单元未能实现布点时， 该单元 的刚度矩阵乘一个设定小 的加权数， 该 单元对应的应 变数据置零处 理。 6.如权利要求1所述的横梁结构的应变变化率损伤识别方法， 其特征在于， 所述残差神 经网络由输入层、 卷积层、 批量归一化层、 激活函数层、 残差结构模块、 扁平 化层和全连接层 构成； 其中， 残差结构模块的输出函数表达式为残差函数与应 变变化率之和。 7.如权利要求1所述的横梁结构的应变变化率损伤识别方法， 其特征在于， 所述重构误 差用平均相对误差表示。 8.一种横梁结构的应 变变化率损伤识别系统， 其特 征在于， 包括： 虚拟布点模块， 其用于离散化横梁结构， 并基于有限元模型进行FBG传感器网络虚拟布 点； 位移重构模块， 其用于基于FBG传感器网络虚拟布点及逆有限元方法的加权最小二乘 泛函数， 计算结构分析应 变， 再结合边界条件进行位移重构； 布局优化模块， 其用于根据重构误差， 判断FBG传感器布局是否需要优化， 若是， 则 优化 FBG传感器布局并将其粘贴到实际横梁结构； 否则， 按照FBG传感器网络虚拟布点方式直接 布局到实际横梁结构上； 应变变化率计算模块， 其用于基于实际横梁结构上的FBG传感器， 结合逆有限元法和边 界条件， 得到全场重构位移， 求 导得到全场应 变， 进而得到应 变变化率； 损伤识别模块， 其用于基于应变变化率及残差神经网络， 对横梁结构的损伤进行定位 和量化。 9.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 该程序被处理器执 行时实现如权利要求1 ‑7中任一项所述的横梁结构的应 变变化率损伤识别方法中的步骤。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114154220 A 210.一种计算机设备， 包括存储器、 处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计 算机程序， 其特征在于， 所述处理器执行所述程序时实现如权利要求 1‑7中任一项 所述的横 梁结构的应 变变化率损伤识别方法中的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114154220 A 3