傳感器布置優(yōu)化準則及模型修正方法研究.pdf

1、由于受到經(jīng)濟因素、信息處理速度等方面的制約，結構健康監(jiān)測系統(tǒng)中可布置的傳感器數(shù)量有限，傳感器優(yōu)化布置利用盡可能少的傳感器獲取盡量多的結構狀態(tài)信息。模型修正利用這些信息對初始有限元模型進行調(diào)整和優(yōu)化，為結構健康狀況評定提供符合實際的有限元模型，從而準確評估結構運營狀態(tài)。本文對于目前應用較為廣泛的Fisher信息準則以及基于Fisher信息準則的有效獨立法和頻率響應有效獨立法，通過數(shù)值模型研究其選擇測點的規(guī)律。驗證頻率響應有效獨立法相對于有

2、效獨立法的優(yōu)越性，并將其應用于基于頻響函數(shù)的模型修正中傳感器測點的選擇。研究內(nèi)容及結論如下:
　　(1)以損傷參數(shù)識別為目標，基于傳統(tǒng)Fisher信息準則的傳感器優(yōu)化布置會出現(xiàn)測點局部聚集現(xiàn)象，導致信息冗余。針對此問題，首先以反映信息獨立程度的距離系數(shù)對候選自由度的Fisher信息矩陣進行加權修正;然后以修正后的有效信息矩陣行列式最大化為目標，采用逐步累加的方法傳感器測點。采用該方法對一個16自由度剪切型彈簧質(zhì)量模型進行傳感器優(yōu)化

3、布置。結果表明，該方法能有效避免測點聚集現(xiàn)象，解決信息冗余問題。
　　(2)有效獨立法基于Fisher信息準則來解決模態(tài)測試的傳感器優(yōu)化布置問題，頻率響應有效獨立法是有效獨立法在頻域內(nèi)的擴展。通過一個懸臂梁模型研究有效獨立法及頻率響應有效獨立法選擇測點的規(guī)律，試驗結果表明有效獨立法最大化Fisher信息矩陣的行列式，但是并沒有優(yōu)化目標模態(tài)的線性獨立性;頻率響應有效獨立法在選擇測點位置時，能夠自動忽略目標頻率范圍內(nèi)未被激發(fā)的模態(tài)，適

4、用于模態(tài)分布密集的情況，且不需要選擇目標模態(tài)，相對于有效獨立法具有優(yōu)越性。
　　(3)利用結構頻響函數(shù)代替模態(tài)參數(shù)進行模型修正具有諸多優(yōu)勢，然而該方法得到的模型修正結果受到測點位置、頻率范圍選擇、靈敏度方程的準確性等多種因素的影響。為了得到可靠的模型修正結果，首先，采用頻響函數(shù)攝動分析的方法來建立頻響函數(shù)靈敏度方程，并綜合考慮結構響應對參數(shù)變化的靈敏度以及阻尼對振幅的影響等因素，合理選擇頻率范圍;然后，基于頻響函數(shù)進行傳感器優(yōu)化布