基于振動特征指標與Kriging模型的結(jié)構(gòu)損傷識別方法研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)損傷識別一直是土木工程、航空航天、海洋工程等事業(yè)的熱門研究課題。近半個世紀以來，損傷識別理論和試驗技術(shù)得到了空前的發(fā)展。人們致力于尋找一種實時的、魯棒的、無損的、高效的結(jié)構(gòu)損傷識別方法。其中，基于振動測試的損傷識別方法引起了學(xué)術(shù)界和工程界廣泛的關(guān)注與研究，其基本思路是通過結(jié)構(gòu)損傷引起的動力學(xué)特征和響應(yīng)的變化，來檢測損傷的位置，并預(yù)測損傷的程度。結(jié)構(gòu)損傷識別屬于系統(tǒng)參數(shù)辨識的理論范疇，它不僅僅是單純意義上的對結(jié)構(gòu)功能和性態(tài)的診斷和修復(fù)

2、，更積極的意義在于使人們重新認識結(jié)構(gòu)的特征，并指導(dǎo)設(shè)計人員對以后的類似結(jié)構(gòu)進行改進設(shè)計。
　　完整意義上的損傷識別問題包括四個部分，即判斷結(jié)構(gòu)是否存在損傷，損傷的定位，損傷定量分析，和評估結(jié)構(gòu)損傷后的剩余服役壽命。本文從損傷的定位和定量分析入手，總結(jié)了當(dāng)前的損傷識別研究進展，將以往的損傷識別方法分為損傷定位檢測方法，損傷定量識別方法和結(jié)構(gòu)裂紋識別方法。對連續(xù)體結(jié)構(gòu)的損傷識別方法進行了系統(tǒng)地基礎(chǔ)性研究，具體工作有以下幾個方面:

3、>　　1.概述了當(dāng)前研究中常用的損傷定位基礎(chǔ)指標。針對于不同測量點位置的選取對多損傷區(qū)域敏感程度的差異，以頻響函數(shù)曲率指標為基礎(chǔ)，提出了一種多步的檢測方法，使用少量的傳感器進行多步判定，來提高損傷定位的準確性和可靠性。通過簡支梁的有限元數(shù)值算例，詳細比較了模態(tài)曲率方法、柔度曲率方法和基于頻響函數(shù)曲率的多步判定方法對梁狀多損傷結(jié)構(gòu)的識別效果和抗噪能力。最后采用試驗建模的技術(shù)，對局部減薄的多損傷管道和局部裂紋的單損傷管道進行損傷識別試驗研究

4、。
　　2.研究了僅利用損傷后結(jié)構(gòu)的振動特征指標進行損傷定位的方法。根據(jù)頻響函數(shù)虛部與模態(tài)柔度的相關(guān)性，建立了一種基于頻響函數(shù)虛部類的損傷定位指標，通過引入間隙平滑方法(GSM)來定位損傷。數(shù)值算例比較了模態(tài)陣型指標、均勻載荷面指標和頻響函數(shù)虛部類指標對于板結(jié)構(gòu)多損傷檢測的準確性和抗噪聲能力，討論了該指標的優(yōu)越性。在此基礎(chǔ)上，進一步提出了基于Thompson離群點統(tǒng)計分析與間隙平滑方法相結(jié)合的損傷定位方法，對噪聲引起的偶然性奇異值

5、進行篩選和剔除，從而達到噪聲抑制的目的。
　　3.針對于損傷定量識別反演問題的多維度、多極值特點，利用SCE(ShuffledComplex Evolution)優(yōu)化算法作為損傷識別的基礎(chǔ)。通過建立振動特征指標的目標函數(shù)，將損傷定量識別問題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問題。為了進一步縮短優(yōu)化迭代的時間，引入了Kriging代理模型的理論。根據(jù)SCE算法中的復(fù)合型進化過程與Kriging代理模型更新過程的共同特點，將兩者結(jié)合起來，提出了一種Krigi

6、ng-SCE算法。使用滿足精度準則的Kriging代理模型，替代有限元分析過程。對于復(fù)合型進化中的當(dāng)前最優(yōu)點停滯使得代理模型無法更新問題，給出了一種基于多元正態(tài)分布抽樣的加點方法，數(shù)值和試驗算例比較了各個損傷指標構(gòu)成的目標函數(shù)在優(yōu)化過程中的計算效率。
　　4.提出了基于Kriging代理模型的結(jié)構(gòu)裂紋識別策略。利用初始樣本構(gòu)造Kriging代理模型，建立裂紋模型參數(shù)與結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的關(guān)系，來代替原有損傷參數(shù)與結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)關(guān)系，從而最