結構健康診斷的系統(tǒng)模型和特征提取研究.pdf

1、系統(tǒng)模型和特征提取是結構健康診斷研究的重要內容.合理可靠的系統(tǒng)模型是實施結構健康診斷的基礎,有助于對結構行為及監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析解釋,也是提取損傷敏感特征的重要依據(jù).損傷敏感特征的提取,對評價結構狀態(tài)、識別損傷位置程度、修正系統(tǒng)模型都具有重要意義.本文以復雜環(huán)境荷載聯(lián)合作用的結構健康診斷問題為研究背景,圍繞系統(tǒng)模型和特征提取完成了以下工作:1.考慮復雜環(huán)境荷載聯(lián)合作用的系統(tǒng)模型:復雜環(huán)境荷載聯(lián)合作用下的結構響應監(jiān)測數(shù)據(jù)序列通常具有較為嚴重的

2、非平穩(wěn)性和較為復雜的非線性,而目前常用的非物理數(shù)值模型一般無法有效解決此類問題.利用環(huán)境荷載要素監(jiān)測數(shù)據(jù),通過引入徑向基函數(shù)神經網絡,將環(huán)境荷載要素監(jiān)測數(shù)據(jù)作為模型輸入變量,將監(jiān)測點的結構響應作為模型輸出變量,建立了環(huán)境荷載聯(lián)合作用下的系統(tǒng)RBFNN模型,并且提出了模型輸入變量的確定方法和模型性能的評價準則.2.基于結構隨機振動響應的系統(tǒng)模型:未知非平穩(wěn)隨機激勵下的系統(tǒng)建模,是經典系統(tǒng)辨識理論和現(xiàn)代時間序列分析方法無法解決的問題.本文建

3、立了適用于未知白噪聲激勵和未知非平穩(wěn)隨機激勵的系統(tǒng)RBFNN模型,這種模型無需給出顯式的數(shù)學表達,只是利用歷史觀測數(shù)據(jù),即可實現(xiàn)輸出等價基礎上的結構系統(tǒng)動力行為的準確預測.3.基于環(huán)境振動的系統(tǒng)模態(tài)識別:大型土木工程結構通常具有密集的振動模態(tài),這類結構在環(huán)境振動條件下的模態(tài)識別比較困難:此外,目前常用的基于環(huán)境振動的模態(tài)識別方法一般無法區(qū)分系統(tǒng)模態(tài)和虛假模態(tài).本文基于結構響應相關函數(shù)與結構脈沖響應函數(shù)的等價關系,建立了系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)識別的

4、相關函數(shù)反向自回歸(CFBAR)模型,并且討論了觀測噪聲對CFBAR模型識別結果的影響.4.常用結構損傷敏感特征的適用性:目前所提出的損傷敏感特征大都是依據(jù)實驗現(xiàn)象歸納出的經驗公式,缺乏方法可行性和適用性的理論依據(jù),在實際應用中通常會導致不利的結果.本文基于頻率、振型、模態(tài)柔度三種最常用損傷敏感特征的模態(tài)靈敏度分析,研究了它們在不同結構模型中的適用性.5.提取結構損傷敏感特征的一般原則:總結歸納了結構損傷敏感特征提取中的一些重要問題:(