工程結(jié)構(gòu)時域系統(tǒng)識別研究.pdf

1、為準(zhǔn)確評定新建工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量和在建結(jié)構(gòu)服役能力,人們希望能夠通過檢測的手段把握工程結(jié)構(gòu)的當(dāng)前性態(tài).工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)識別技術(shù)利用動力檢測得到的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)測量信息實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)模態(tài)和物理參數(shù)的了解,避免了一般靜力和局部檢測技術(shù)缺乏對結(jié)構(gòu)整體特性了解的缺陷.該文對基于時域測量信息的工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)識別技術(shù)進(jìn)行了深入探討,初步建立了利用時域測量信息進(jìn)行大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)單元層次物理參數(shù)識別的基本框架.為明確工程結(jié)構(gòu)時域識別問題的本質(zhì),該文首先對幾種與結(jié)構(gòu)時域識別

2、相關(guān)的識別問題進(jìn)行了總結(jié),提出了廣義平衡誤差算法.該類識別方法涵蓋了所有以系統(tǒng)的某種平衡為約束,以消除相應(yīng)的平衡誤差為目的的識別問題.工程結(jié)構(gòu)時域識別方法的第一步應(yīng)當(dāng)將識別參數(shù)從真實(shí)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型中提取出來.通過對結(jié)構(gòu)有限元模型理論的分析,該文建立了基于反應(yīng)力向量靈敏度的時域參數(shù)化方法,該方法將有限元動力平衡方程轉(zhuǎn)化為以待識別物理參數(shù)為未知量的線性代數(shù)方程組.對識別方程的系數(shù)矩陣—反應(yīng)矩陣進(jìn)行了研究,提出了振型反應(yīng)矩陣的概念.以振型反應(yīng)

3、矩陣的各行子矩陣作為一組基矩陣,可以張成一個線性的矩陣空間,結(jié)構(gòu)在各時刻的反應(yīng)矩陣落在該線性矩陣空間內(nèi).提出了特征試驗(yàn)的概念,并用其比較了基于動力試驗(yàn)識別方法和基于靜力試驗(yàn)識別方法的優(yōu)劣.對一個單元包含多個物理參數(shù)、多個單元物理參數(shù)相同的線性參數(shù)融合問題進(jìn)行了討論并提出了解決方法.對未知荷載的存在對識別問題的影響進(jìn)行了討論,提出了直接消去法和直接代入法以解決存在未知荷載的情況和未知荷載時程完全相關(guān)的參數(shù)識別問題.通過對多種典型結(jié)構(gòu)形式反

4、應(yīng)矩陣的比較,研究了結(jié)構(gòu)時域識別問題的病態(tài)特性.病態(tài)的結(jié)構(gòu)時域識別問題對測量噪聲較為敏感,低水平的測量噪聲使識別結(jié)果產(chǎn)生極大波動.為緩解結(jié)構(gòu)時域識別問題的病態(tài)性質(zhì),該文考察了正則化方法在結(jié)構(gòu)時域識別問題中的應(yīng)用效果.研究結(jié)果表明:一方面,在存在測量噪聲的情況下,帶參數(shù)約束的正則化方法可以得到識別精度較好的識別結(jié)果;另一方面,由于時域識別的病態(tài)性,在考慮測量噪聲的結(jié)構(gòu)識別問題中,獲得高精度的識別結(jié)果相當(dāng)困難,應(yīng)結(jié)合其他信號數(shù)據(jù)處理手段,以

5、獲得對結(jié)構(gòu)真實(shí)特性的準(zhǔn)確把握.建立了結(jié)構(gòu)時域識別的超單元模型.對超單元模型的劃分方法和超單元邊界荷載未知問題進(jìn)行了討論.提出了超單元識別模型的劃分原則.分析結(jié)果表明,超單元方法可大大提高結(jié)構(gòu)系統(tǒng)識別的效率.引入超單元邊界荷載平衡為物理?xiàng)l件,在對超單元邊界荷載的反演研究的基礎(chǔ)上提出了結(jié)構(gòu)大系統(tǒng)識別的分層遞階算法.識別算例表明,結(jié)構(gòu)大系統(tǒng)分層遞階算法可以提高各單元邊界荷載的平衡性.但是由于反演的超單元邊界荷載誤差因識別問題的病態(tài)性質(zhì)而放大,