基于粒子群算法的斜拉橋傳感器優(yōu)化布置研究.pdf

1、隨著復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)的日益增多，做好結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，保證其安全運(yùn)營(yíng)業(yè)已成為工程領(lǐng)域廣泛關(guān)注的課題。傳感器系統(tǒng)優(yōu)劣，直接影響到數(shù)據(jù)可靠性，關(guān)系到結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)效果。而實(shí)現(xiàn)傳感器的優(yōu)化配置，取決于布置策略和方法。作為新興的優(yōu)化方法，粒子群優(yōu)化算法具有收斂快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。它采用隨機(jī)變換的方式，通過(guò)目標(biāo)函數(shù)值來(lái)搜尋方向，為復(fù)雜的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題提供了可行的方案，尤其適合于處理多節(jié)點(diǎn)的大跨度空間結(jié)構(gòu)的傳感器布置問(wèn)題。本文依托濱州黃河公路大橋縮尺模型，提出

2、了一種基于粒子群算法的多目標(biāo)優(yōu)化布置方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳感器優(yōu)化布置，并通過(guò)與傳統(tǒng)方法對(duì)比和相關(guān)試驗(yàn)，驗(yàn)證了本文方法的可行性和有效性。
　　在對(duì)斜拉橋傳感器數(shù)目進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，本文基于Fisher信息矩陣2-范數(shù)法，選取了斜拉橋主梁和主塔的目標(biāo)模態(tài)數(shù)量；以結(jié)構(gòu)應(yīng)變能為參考指標(biāo)，在目標(biāo)模態(tài)范圍內(nèi)，確定了斜拉橋主梁豎向、橫向和主塔縱向的監(jiān)控振型階數(shù)；通過(guò)QR分解獲得初始測(cè)點(diǎn)，利用MAC準(zhǔn)則，確定了主梁豎向、橫向和主塔縱向的傳感器布置數(shù)目。

3、r>　　通過(guò)數(shù)值模擬和對(duì)比分析，驗(yàn)證了改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法的正確性。針對(duì)斜拉橋結(jié)構(gòu)，先利用有效獨(dú)立法、修正有效獨(dú)立法和列主元 QR分解法三種傳統(tǒng)方法，確定傳感器最優(yōu)位置。接著以MAC矩陣非對(duì)角元均方根、Gramian矩陣元素和及二者有機(jī)結(jié)合，構(gòu)造三種不同的適應(yīng)度函數(shù)，利用改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)斜拉橋傳感器的優(yōu)化布置。通過(guò)與傳統(tǒng)優(yōu)化算法的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，分析了粒子群算法的優(yōu)越性。
　　借助實(shí)驗(yàn)室濱州黃河公路大橋縮尺模型，搭建振動(dòng)