框架結(jié)構(gòu)模型修正與損傷識(shí)別研究.pdf

1、利用結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的變化識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷是一種簡(jiǎn)便快捷的方法，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這方面開展了卓有成效的研究工作，提出不少根據(jù)結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)變化進(jìn)行識(shí)別損傷的方法，這些方法受測(cè)量噪聲、測(cè)試不完備、模型誤差等因素影響較大，實(shí)際應(yīng)用還有一定的困難。結(jié)構(gòu)在線監(jiān)測(cè)與損傷識(shí)別實(shí)際應(yīng)用主要包括兩個(gè)關(guān)鍵步驟：首先，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)利用模型修正手段建立比較精確的有限元理論模型(目的是為了減小模型誤差對(duì)損傷識(shí)別結(jié)果的影響)；其次，結(jié)合損傷后的實(shí)測(cè)模態(tài)數(shù)據(jù)在已建立的有限元理論

2、模型基礎(chǔ)上，運(yùn)用損傷識(shí)別程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康診斷。為了實(shí)用的目的，本文以框架結(jié)構(gòu)為例針對(duì)這兩個(gè)關(guān)鍵步驟，分別對(duì)其基本理論、數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法進(jìn)行了研究，主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：
　　 ①基于模型修正的框架結(jié)構(gòu)有限元理論模型建立的主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：
　　 1)采用ANSYS的solid45單元實(shí)體模型模擬實(shí)際的框架結(jié)構(gòu)，MATLAB7.1編程模擬損傷識(shí)別所需的有限元理論模型，用實(shí)體模型分析模態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)修正理論模型。
　　

3、 2)對(duì)模型修正的數(shù)學(xué)原理進(jìn)行研究，其本質(zhì)上是一個(gè)有約束條件的非線性優(yōu)化問(wèn)題。
　　 3)采用矩陣型法，對(duì)模型修正參考基的選擇方法進(jìn)行了探討，認(rèn)為應(yīng)該選擇兩種模型振型形狀相似的實(shí)體模型模態(tài)參數(shù)作為參考基，如果選擇的參考基對(duì)應(yīng)的振型形狀不一致，其修正精度會(huì)明顯下降。
　　 4)運(yùn)用遺傳算法，以框架梁、柱計(jì)算長(zhǎng)度為修正對(duì)象，對(duì)理論模型進(jìn)行修正。對(duì)遺傳算法目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，將多目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)函數(shù)。使用頻率相對(duì)誤差和模態(tài)

4、置信度MAC對(duì)修正前后的動(dòng)力特性進(jìn)行比較，結(jié)果表明改進(jìn)后的方法在前幾階模態(tài)上修正效果良好。
　　 ②基于框架結(jié)構(gòu)有限元理論模型的直接解析法損傷識(shí)別的主要內(nèi)容如下：
　　 1)將靈敏度理論和迭代方法相結(jié)合推導(dǎo)出一種損傷識(shí)別的直接解析法。對(duì)直接解析法的數(shù)學(xué)原理進(jìn)行研究，其本質(zhì)是一個(gè)不相容超定線性方程組的求解問(wèn)題。
　　 2)針對(duì)直接解析法，對(duì)損傷識(shí)別所需的最低模態(tài)數(shù)目選取進(jìn)行了研究，認(rèn)為選擇的最低模態(tài)數(shù)目應(yīng)該滿足兩個(gè)

5、主要條件：一是應(yīng)該保證靈敏度矩陣的秩等于損傷變量數(shù)目；二是由于模態(tài)截尾誤差的存在，它還應(yīng)該保證迭代過(guò)程是收斂的。
　　 3)從工程實(shí)用的角度，對(duì)直接解析法進(jìn)行了兩個(gè)方面的改進(jìn)：一是對(duì)模型進(jìn)行了縮聚處理，經(jīng)過(guò)處理后的損傷基本方程只需要X方向振型位移(不需要轉(zhuǎn)角等不易測(cè)出的量)就可以求解出損傷值，算例分析表明改進(jìn)是有效的。二是對(duì)模態(tài)截尾誤差進(jìn)行了改善，改善后的方法將損傷識(shí)別所需的最低模態(tài)數(shù)目，由原來(lái)的23降低到了15。