基于時域結(jié)構(gòu)損傷識別的傳感器優(yōu)化布置.pdf

1、已建成的各類工程結(jié)構(gòu)中若出現(xiàn)損傷將嚴(yán)重影響社會穩(wěn)定和民眾生命財產(chǎn)安全，因此如何更準(zhǔn)確地識別正在服役期的工程結(jié)構(gòu)的損傷是土木工程研究人員面對的重要課題?；跁r域測量信號的損傷識別方法不僅具有響應(yīng)信號易于測量的優(yōu)點，而且可以提供更多的損傷識別方程，能利用較少傳感器和較短時間的時域測量信號得到結(jié)構(gòu)的損傷識別結(jié)果，因此時域方法具有更廣闊的應(yīng)用前景，時域方法的研究將進(jìn)一步促進(jìn)損傷識別方法的工程應(yīng)用。時域損傷識別的第一步是布置傳感器來收集響應(yīng)信息，

2、傳感器數(shù)量和布置位置對時域方法的識別結(jié)果影響不可忽視，因此傳感器布置優(yōu)化方法的研究對時域方法的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。
　　盡管理論上時域方法需要更少的傳感器，更具有經(jīng)濟(jì)意義，但由于目前針對時域傳感器布置優(yōu)化方法的研究相對較少，時域方法在工程應(yīng)用中比頻域方法更加經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢無法得到體現(xiàn)，同時時域傳感器布置方法的欠缺也阻礙了時域方法自身的發(fā)展和工程應(yīng)用，所以傳感器布置優(yōu)化方法的研究是時域方法目前面臨的重要挑戰(zhàn)之一。因此本文將致力于研究

3、基于時域的傳感器優(yōu)化布置方法，將減小識別方程不適定性作為布置準(zhǔn)則，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展了多信號的傳感器優(yōu)化布置方法，以及改良計算效率后的快速算法。本文的主要研究工作為：
　?。?）通過閱讀基于時域的損傷識別方法總結(jié)了基于時域單信號的損傷識別方法，以及損傷識別方程的解法。從損傷識別方程求解過程中總結(jié)出不適定性是影響識別效果的重要因素，并將減小不適定性作為傳感器布置的準(zhǔn)則。損傷識別方程中靈敏度矩陣的條件數(shù)是評判不適定性的重要指標(biāo)，為了快速

4、判斷每種布置方案的條件數(shù)大小，本文提出了靈敏度矩陣的布置指標(biāo)參數(shù)，并將其作為評判布置位置優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。本文還應(yīng)用一個二維桁架算例和一個三維框架算例驗證了上述布置指標(biāo)法，最終證實得到的傳感器布置結(jié)果的條件數(shù)是較小的，并在施加噪音的情況下，本文給出的傳感器布置方案可以很好地識別出結(jié)構(gòu)的損傷位置和大小。
　?。?）為解決加速度傳感器價格昂貴無法廣泛應(yīng)用的問題，本文將多種信號的靈敏度矩陣標(biāo)準(zhǔn)化后融合為總靈敏度矩陣，給出了基于多信號靈敏度的時

5、域損傷識別方法，同時研究了相應(yīng)的損傷識別方程解法，該方法致力于用價格低廉的應(yīng)變傳感器代替部分昂貴的加速度傳感器進(jìn)行結(jié)構(gòu)的損傷識別。從多信號的損傷識別方程求解過程中得出標(biāo)準(zhǔn)化后靈敏度矩陣的不適定性仍然是影響損傷識別效果的重要因素，本文仍然將減小標(biāo)準(zhǔn)化后靈敏度矩陣的不適定性作為傳感器布置的準(zhǔn)則，求得每種布置方案的布置指標(biāo)，來判定傳感器布置方案的優(yōu)劣。文中應(yīng)用了一個二維梁算例模擬了上述方法的實現(xiàn)過程，證明了該方法篩選結(jié)果的條件數(shù)是較小的，并且