改進(jìn)卡爾曼濾波方法在考慮節(jié)點(diǎn)損傷的框架結(jié)構(gòu)損傷診斷中的應(yīng)用.pdf

1、目前關(guān)于框架結(jié)構(gòu)損傷診斷的研究大部分都著眼于框架結(jié)構(gòu)梁柱單元的損傷，而實(shí)踐證明，在地震荷載、暴風(fēng)荷載或者長期荷載作用下，框架結(jié)構(gòu)在梁柱連接節(jié)點(diǎn)處更容易發(fā)生損傷，因此節(jié)點(diǎn)損傷識(shí)別越發(fā)顯示其重要性。然而對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其有限元模型存在大量的自由度，因而進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別時(shí)相應(yīng)的計(jì)算量也會(huì)加大。論文在分析并總結(jié)了目前國內(nèi)外結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)損傷識(shí)別的研究進(jìn)展基礎(chǔ)上，用靜力凝聚的方法將考慮梁柱節(jié)點(diǎn)作用的有限元模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，在文章的第一部分將靜力凝聚方法同擴(kuò)展

2、卡爾曼濾波算法相結(jié)合，應(yīng)用于考慮節(jié)點(diǎn)損傷的框架結(jié)構(gòu)損傷診斷中。該部分在進(jìn)行數(shù)值模擬算例的同時(shí)，還結(jié)合臺(tái)灣大學(xué)的羅俊雄教授(Chin-HsiungLoh)提供的真實(shí)六層鋼框架的振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)算例的研究。
　　由于擴(kuò)展卡爾曼濾波方法是用直到k+1時(shí)刻的觀測(cè)信息估計(jì)k+1時(shí)刻的增廣結(jié)構(gòu)狀態(tài)向量，因此擴(kuò)展卡爾曼濾波方法要求觀測(cè)作用在結(jié)構(gòu)上的外激勵(lì)，而這在實(shí)際中往往是很難實(shí)現(xiàn)的。因此在基于經(jīng)典的擴(kuò)展卡爾曼濾波的基礎(chǔ)上，利用擴(kuò)展卡爾

3、曼預(yù)測(cè)估計(jì)算法，在得到了k+1時(shí)刻增廣狀態(tài)向量的估計(jì)值后，可以采用遞推的最小二乘方法，來得到估算的k+1時(shí)刻的未知外激勵(lì)，該方法解決了未知激勵(lì)下的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別問題。本文在第二部分中進(jìn)一步將此方法應(yīng)用于考慮節(jié)點(diǎn)損傷的框架結(jié)構(gòu)損傷診斷中，并做了相關(guān)的數(shù)值以及實(shí)驗(yàn)算例。
　　在傳統(tǒng)的擴(kuò)展卡爾曼濾波法方法中，由于擴(kuò)展的狀態(tài)向量中同時(shí)包含了結(jié)構(gòu)狀態(tài)（位移和速度）及結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)（梁柱節(jié)點(diǎn)剛度、阻尼等），參數(shù)向量和狀態(tài)向量之間的非線性耦合會(huì)給

4、計(jì)算結(jié)果帶來偏性影響，使結(jié)果出現(xiàn)不穩(wěn)定或不收斂的情況。同時(shí)，由于要同時(shí)識(shí)別梁、柱以及節(jié)點(diǎn)剛度和狀態(tài)向量，其增大的維數(shù)會(huì)增加計(jì)算工作量，從而降低計(jì)算效率。為解決擴(kuò)展卡爾曼濾波方法的不足，本論文采用兩步卡爾曼濾波方法，通過將結(jié)構(gòu)狀態(tài)X看作是關(guān)于結(jié)構(gòu)參數(shù)θ的隱函數(shù)，將非線性的觀測(cè)方程通過Taylor展開線性化后，對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)θ和結(jié)構(gòu)狀態(tài)X分步采用卡爾曼濾波方法進(jìn)行識(shí)別，論文的第三部分將改進(jìn)后的兩步卡爾曼濾波方法應(yīng)用于相同模型的六層框架的數(shù)值分析