基于區(qū)間分析的不確定性結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別利用傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)，通過(guò)反演計(jì)算對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的有無(wú)、部位和程度進(jìn)行識(shí)別，是土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中重要的一環(huán)。在將損傷識(shí)別應(yīng)用于實(shí)際結(jié)構(gòu)時(shí)，受荷載作用、環(huán)境溫度、測(cè)試誤差等不確定性因素的影響，易出現(xiàn)損傷的誤判或漏判，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)失去應(yīng)有的作用。本文基于區(qū)間分析理論，結(jié)合遺傳算法和向量回歸模型提出了損傷特征指標(biāo)的區(qū)間求解算法，根據(jù)損傷特征指標(biāo)的區(qū)間重疊率建立了結(jié)構(gòu)損傷的兩階段識(shí)別方法。通過(guò)引入Information-gap（I

2、nfo-gap）決策模型和決策評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，克服了需人為指定區(qū)間重疊率閾值的不足，從而實(shí)現(xiàn)了不確定性因素影響下結(jié)構(gòu)損傷部位的識(shí)別。
　　本文完成的主要工作以及研究結(jié)果概括如下：
　?、偬岢隽嘶贜SGA-Ⅱ的區(qū)間求解優(yōu)化算法。分別選取數(shù)值算例和有限元模型算例，將區(qū)間優(yōu)化算法和傳統(tǒng)的區(qū)間組合法、區(qū)間截?cái)喾ㄟM(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明區(qū)間優(yōu)化算法能有效減少區(qū)間求解過(guò)程中的區(qū)間擴(kuò)張問(wèn)題，計(jì)算精度優(yōu)于傳統(tǒng)方法。分析了NSGA-Ⅱ中不同參數(shù)設(shè)置

3、對(duì)區(qū)間求解優(yōu)化算法的影響，為算法合理設(shè)置參數(shù)提供了參考。
　?、诟鶕?jù)測(cè)試的加速度響應(yīng)信號(hào)建立向量自回歸模型(VAR)，選取VAR模型系數(shù)主對(duì)角線元素的馬氏距離作為損傷特征指標(biāo)。在不確定性因素影響下，利用區(qū)間優(yōu)化算法求解特征指標(biāo)區(qū)間，并提出基于區(qū)間重疊率系數(shù)的損傷判別標(biāo)準(zhǔn)，建立了不確定性結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別兩階段法。六自由度數(shù)值算例結(jié)果表明，采用區(qū)間分析進(jìn)行損傷初判定，然后通過(guò)區(qū)間重疊率進(jìn)行損傷最終判定的兩階段方法可有效識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷。

4、r>　?、蹖nfo-gap理論與區(qū)間分析融合，提出基于區(qū)間分析的Info-gap決策模型和穩(wěn)健度模型，在分析這兩個(gè)模型中參數(shù)指標(biāo)物理意義的基礎(chǔ)上，通過(guò)反饋函數(shù)建立了不確定性損傷識(shí)別決策評(píng)價(jià)模型。通過(guò)六自由度算例表明，基于Info-gap決策模型的不確定性損傷識(shí)別方法能準(zhǔn)確識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷。
　?、茉趯?shí)驗(yàn)室搭建四層鋼框架結(jié)構(gòu)，通過(guò)增加質(zhì)量、不同室溫測(cè)試、不同VAR模型階數(shù)來(lái)分別模擬質(zhì)量、環(huán)境溫度和損傷識(shí)別算法的不確定性。采用損傷兩階