(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111595150.8 (22)申请日 2021.12.23 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114491944 A (43)申请公布日 2022.05.13 (73)专利权人 贵州大学 地址 550025 贵州省贵阳市花溪区贵州大 学 (72)发明人 钱松荣　徐峥匀　冉秀　谭灿　 周吉　张健　 (74)专利代理 机构 北京金咨知识产权代理有限 公司 11612 专利代理师 薛海波 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01)G06K 9/00(2022.01) G06K 9/62(2022.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 111/04(2020.01) 审查员 柯东旭 (54)发明名称 一种桥梁损伤分析方法、 分析报警系统及装 置 (57)摘要 本发明提供一种桥梁损伤分析方法、 分析报 警系统及装置， 通过引入近场动力学构建桥梁模 型进行仿真， 能够对桥梁的整体或局部损伤状态 进行模拟， 通过求解多个时间步的桥梁损伤， 实 现对桥梁健康状态的评估和预警。 在引入进场动 力学分析之前， 先采用预设桥梁损伤识别分类模 型判断待分析桥梁是否损伤， 只在有损伤的条件 下做进一步的损伤分析， 能够极大减小工作量。 所述分析报警系统通过桥梁分析模块对待分析 桥梁做损伤模拟和分析， 并通过显示器模块进行 可视化展示。 通过设置多种报警模块， 能够实现 对桥梁传感器数据的常规报警、 机器学习报警、 近场动力学分析 下的报警以及寿 命预测。 权利要求书3页 说明书12页 附图7页 CN 114491944 B 2022.10.25 CN 114491944 B 1.一种桥梁损伤分析 方法， 其特 征在于， 包括： 采用预设桥梁损伤识别分类模型判断待分析桥梁是否损伤， 在存在损伤的情况下， 获 取所述待分析桥梁上多个传感器采集的位置信息和加速度信息， 各传感器均匀分布在所述 待分析桥梁上； 设置点单元边长、 固定约束区域、 工况加载区域、 材料分布区域， 构建所述待分析桥梁 的整体或局部模型； 引入材料参数、 载荷参数、 求解参数、 各传感器采集的位置信息和加速度信息， 针对所 述待分析桥梁构建近场动力学运动方程， 对所述待分析桥梁的损伤进行求解， 并动态存储 各时间步的求 解结果作为 桥梁损伤分析 结果， 包括： 针对所述待分析桥梁的局部模型， 在近场区域内， 构建运动方程： 其中， ρ 为点单元i的物质密度， Vj为点单元j的体积， xi为点单元i的位置， xj为点单元j 的位置， u(xi， t)为点单元i的位移， u(xj， t)为点单元j的位移； f( η, ξ )为点单元i与点单元j 之间的本构力， b(xi， t)为点单元i所受到的外力密度； ξ表示点单元i与点单元j的相对位 置， η表示 点单元i与点单 元j的相对位移； ξ ＝xi‑xj， η＝u(xj， t)‑u(xi， t)； 式中， c为微模量常数， E为弹性模 量、 v为泊松比、 s为键的伸长量、 s0为键的临界伸长量， μ为对键是否断裂的标记量； G0表示材料的断裂能， δ表示所述近场区域R的半径； 对于点单 元i， 其损伤通过评价所述近场区域内键的断裂情况表示， 损伤D表示 为： 式中， R表示所述近场区域， μ为对键是否断裂的标记量， 键正常时μ值为1， 键断裂时μ值 为0； dVj表示点单元j的体积 积分量； 对于点单 元i， 由于 近场区域变形产生的总能量 表示为： 式中， w表示点单元i与点单元j之间键的能量， R表示所述近场区域， dVj表示点单元j的 体积积分量； c为 微模量常数， s为键的伸长量， ξ表示 点单元i与点单 元j的相对位置； 记录近场区域内各点单元的点单元位移和点单元损伤， 并根据各点单元的总能量 计权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114491944 B 2算变形能密度以及能量释放速率； 其中， 所述材料参数包括弹性模量、 密度、 泊松比和拉伸临界伸长率； 所述载荷参数包 括载荷的力和速度； 所述求解参数包括时间步长、 近场区域半径与点单元边长比值， 以及限 定求解结束条件的限定时间步、 限定位移或裂纹止裂条件； 所述求解结果包括所述点单元 位移、 所述 点单元损伤、 所述变形能密度以及所述能量释放速率。 2.根据权利要求1所述的桥梁损伤分析方法， 其特征在于， 所述预设桥梁损伤识别分类 模型是对预设 分类模型进行 预训练得到的， 包括： 获取样本训练集， 所述样本训练集包含多个样本数据， 每个样本数据包含样本桥梁上 均匀分布的第一设定数量个传感器采集的样本加速度信号以及桥梁主体状态信息， 所述桥 梁主体状态信息包括结构损坏和结构未损坏两类， 将 每条样本数据对应的桥梁主体状态信 息作为标签； 以所述样本加速度信号作为输入， 所述标签作为输出， 采用所述样本训练集对所述预 设分类模 型进行训练， 得到所述桥梁损伤识别分类模型； 所述预设分类模型为支持向量机、 决策树、 全连接神经网络、 长短期记 忆神经网络或自组织映射 算法网络 。 3.根据权利要求2所述的桥梁损伤分析方法， 其特征在于， 采用预设桥梁损伤识别分类 模型判断待分析桥梁是否损伤， 包括： 获取所述待分析桥梁上均匀分布的第一设定数量个传感器采集的待分析加速度信号； 将各待分析加速度信号输入所述 桥梁损伤 识别分类模型， 得到损伤 识别结果。 4.根据权利要求1所述的桥梁损伤分析方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 根据各时 间步的求 解结果， 对所述待分析桥梁的寿命进行 预测。 5.根据权利要求1所述的桥梁损伤分析方法， 其特征在于， 对所述待分析桥梁的损伤进 行求解的时间步 步长为Δt， 且 式中， k为材料体积模量， ρ 为材 料密度， βsafe为安全因子 。 6.根据权利要求5所述的桥梁损伤分析方法， 其特征在于， 所述方法对所述待分析桥梁 的局部模型进行离 散化建模， 则在近场区域内， 构建的所述 运动方程可以简化 为求和形式： 其中， ρ 为点单元i的物质密度， Vj为点单元j的体积， xi为点单元i的位置， xj为点单元j 的位置， u(xi， t)为点单元i 的位移， u(xj， t)为点单元j的位移； 函数f(un(xj,t)‑un(xi,t), xj‑xi)为点单元i与点单元j之间的本构力， b(xi， t)为点单元i所受到的外力密度； n为时间 步数， M为所述近场区域内的点单 元数量； 所述近场区域内点单 元j的体积表示 为： 其中， Δx为点单元的边长， δ表示所述近场区域R的半径， ξ表示点单元i与 点单元j的相 对位置；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114491944 B 3