不完備測(cè)點(diǎn)結(jié)構(gòu)損傷與荷載的同步識(shí)別算法研究.pdf

1、輸入信息未知、輸出測(cè)試信息不完備條件下的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)與荷載識(shí)別是土木工程結(jié)構(gòu)識(shí)別領(lǐng)域中的一個(gè)重要問題。據(jù)此，本文以結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)靈敏度為基礎(chǔ)，提出一種僅利用結(jié)構(gòu)少數(shù)測(cè)試自由度上的動(dòng)態(tài)響應(yīng)同步識(shí)別結(jié)構(gòu)物理參數(shù)和輸入時(shí)程的方法，并將識(shí)別的結(jié)構(gòu)物理參數(shù)用于檢測(cè)結(jié)構(gòu)的局部損傷，同時(shí)，針對(duì)該方法的關(guān)鍵問題進(jìn)行了一系列探討，主要內(nèi)容如下：
　　(1)提出了一種基于動(dòng)態(tài)響應(yīng)靈敏度同步識(shí)別結(jié)構(gòu)物理參數(shù)和輸入的方法。首先，通過將結(jié)構(gòu)輸入力進(jìn)行正交多項(xiàng)

2、式展開和對(duì)結(jié)構(gòu)物理參數(shù)進(jìn)行攝動(dòng)，引入正交展開系數(shù)和單元?jiǎng)偠确謹(jǐn)?shù)作為待識(shí)別的力參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)；然后，推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)對(duì)兩類參數(shù)的靈敏度，構(gòu)造了識(shí)別方程，并采用迭代形式進(jìn)行求解。數(shù)值模擬表明，所提出的同步識(shí)別算法可實(shí)現(xiàn)僅利用結(jié)構(gòu)少數(shù)測(cè)試自由度上的動(dòng)態(tài)響應(yīng)同步識(shí)別結(jié)構(gòu)物理參數(shù)和輸入時(shí)程。
　　(2)將同步識(shí)別算法推廣用于未知基底激勵(lì)作用下的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)與荷載識(shí)別。首先，通過對(duì)未知基底激勵(lì)進(jìn)行正交展開，推導(dǎo)基于動(dòng)態(tài)響應(yīng)靈敏度、利用結(jié)構(gòu)動(dòng)

3、態(tài)響應(yīng)同步識(shí)別結(jié)構(gòu)局部損傷和未知基底激勵(lì)的識(shí)別方程；然后，采用正則化算法以迭代的形式求解識(shí)別方程。數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究表明，測(cè)量噪聲較小時(shí)，該方法的識(shí)別精度較高，正則化方法的引入可提高其抗噪能力；測(cè)量噪聲較大時(shí)，該方法不能有效地識(shí)別出結(jié)構(gòu)的損傷狀況，但通過去除線性趨勢(shì)項(xiàng)后處理的識(shí)別基底激勵(lì)可以反映其真實(shí)值的變化趨勢(shì)。
　　(3)提出了一種基于動(dòng)態(tài)響應(yīng)靈敏度概念、從待識(shí)別子結(jié)構(gòu)上的動(dòng)態(tài)響應(yīng)同步識(shí)別其損傷及其與相鄰子結(jié)構(gòu)之間的界面力的方

4、法。首先推導(dǎo)了子結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)力方程；其次，將子結(jié)構(gòu)之間的界面力進(jìn)行正交展開，并推導(dǎo)待識(shí)別子結(jié)構(gòu)上的動(dòng)態(tài)響應(yīng)對(duì)該子結(jié)構(gòu)物理參數(shù)和界面力正交展開系數(shù)的靈敏度計(jì)算公式；再次，構(gòu)造了識(shí)別方程并采用正則化方法對(duì)方程進(jìn)行迭代求解。數(shù)值模擬表明，該方法僅利用待識(shí)別子結(jié)構(gòu)內(nèi)部幾個(gè)自由度上的動(dòng)態(tài)響應(yīng)即可識(shí)別其上的局部損傷和界面力。
　　(4)提出了一種利用復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的某一子結(jié)構(gòu)上的測(cè)量響應(yīng)檢測(cè)另外一個(gè)子結(jié)構(gòu)上局部損傷的方法。首先，利用狀態(tài)空間法

5、表述兩個(gè)子結(jié)構(gòu)之間界面力的識(shí)別方程；然后，推導(dǎo)界面力對(duì)結(jié)構(gòu)物理參數(shù)的靈敏度方程，同時(shí)構(gòu)造利用界面力識(shí)別待識(shí)別子結(jié)構(gòu)內(nèi)局部損傷的識(shí)別方程，并采用正則化方法進(jìn)行求解。數(shù)值模擬表明，所提出的基于界面力識(shí)別的子結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法可以精確地識(shí)別遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)響應(yīng)測(cè)點(diǎn)的子結(jié)構(gòu)上的局部損傷。
　　(5)提出了一種基于概率可靠度理論、適用于未知輸入下不確定性結(jié)構(gòu)損傷與荷載的同步識(shí)別方法。首先，推導(dǎo)通過動(dòng)態(tài)響應(yīng)靈敏度方法同步反演結(jié)構(gòu)損傷與荷載的不確定性公式