工程結構時域系統(tǒng)識別研究.pdf

1、為準確評定新建工程結構質(zhì)量和在建結構服役能力,人們希望能夠通過檢測的手段把握工程結構的當前性態(tài).工程結構系統(tǒng)識別技術利用動力檢測得到的結構動力響應測量信息實現(xiàn)對結構模態(tài)和物理參數(shù)的了解,避免了一般靜力和局部檢測技術缺乏對結構整體特性了解的缺陷.該文對基于時域測量信息的工程結構系統(tǒng)識別技術進行了深入探討,初步建立了利用時域測量信息進行大型復雜結構單元層次物理參數(shù)識別的基本框架.為明確工程結構時域識別問題的本質(zhì),該文首先對幾種與結構時域識別

2、相關的識別問題進行了總結,提出了廣義平衡誤差算法.該類識別方法涵蓋了所有以系統(tǒng)的某種平衡為約束,以消除相應的平衡誤差為目的的識別問題.工程結構時域識別方法的第一步應當將識別參數(shù)從真實結構的數(shù)學模型中提取出來.通過對結構有限元模型理論的分析,該文建立了基于反應力向量靈敏度的時域參數(shù)化方法,該方法將有限元動力平衡方程轉化為以待識別物理參數(shù)為未知量的線性代數(shù)方程組.對識別方程的系數(shù)矩陣—反應矩陣進行了研究,提出了振型反應矩陣的概念.以振型反應

3、矩陣的各行子矩陣作為一組基矩陣,可以張成一個線性的矩陣空間,結構在各時刻的反應矩陣落在該線性矩陣空間內(nèi).提出了特征試驗的概念,并用其比較了基于動力試驗識別方法和基于靜力試驗識別方法的優(yōu)劣.對一個單元包含多個物理參數(shù)、多個單元物理參數(shù)相同的線性參數(shù)融合問題進行了討論并提出了解決方法.對未知荷載的存在對識別問題的影響進行了討論,提出了直接消去法和直接代入法以解決存在未知荷載的情況和未知荷載時程完全相關的參數(shù)識別問題.通過對多種典型結構形式反

4、應矩陣的比較,研究了結構時域識別問題的病態(tài)特性.病態(tài)的結構時域識別問題對測量噪聲較為敏感,低水平的測量噪聲使識別結果產(chǎn)生極大波動.為緩解結構時域識別問題的病態(tài)性質(zhì),該文考察了正則化方法在結構時域識別問題中的應用效果.研究結果表明:一方面,在存在測量噪聲的情況下,帶參數(shù)約束的正則化方法可以得到識別精度較好的識別結果;另一方面,由于時域識別的病態(tài)性,在考慮測量噪聲的結構識別問題中,獲得高精度的識別結果相當困難,應結合其他信號數(shù)據(jù)處理手段,以

5、獲得對結構真實特性的準確把握.建立了結構時域識別的超單元模型.對超單元模型的劃分方法和超單元邊界荷載未知問題進行了討論.提出了超單元識別模型的劃分原則.分析結果表明,超單元方法可大大提高結構系統(tǒng)識別的效率.引入超單元邊界荷載平衡為物理條件,在對超單元邊界荷載的反演研究的基礎上提出了結構大系統(tǒng)識別的分層遞階算法.識別算例表明,結構大系統(tǒng)分層遞階算法可以提高各單元邊界荷載的平衡性.但是由于反演的超單元邊界荷載誤差因識別問題的病態(tài)性質(zhì)而放大,