论文题目: 基于频率变化与单元矩阵摄动理论的结构损伤识别方法研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 固体力学
作者: 杜思义
导师: 殷学纲
关键词: 健康检测,损伤识别,模型修正,单元矩阵摄动,固有频率,筛选法,线性规划,非线性优化,问题
文献来源: 重庆大学
发表年度: 2005
论文摘要: 利用结构动力特性的变化识别结构损伤是一种简便、快捷的方法，国内外科技工作者在这方面开展了卓有成效的研究工作，提出很多根据结构模态参数变化(主要是模态振型)识别损伤的方法，这些方法受测量噪声、测试不完备、模型误差及激励源的不确定性等因素影响较大，实际应用还有一定的困难。为了实用的目的，本文根据目前的试验条件和测试水平提出了基于频率变化与结构单元矩阵摄动理论的损伤识别方法，并对其基本理论、数学模型、算法和应用进行了系统地研究。 由摄动理论和结构振动理论相结合建立了结构单元矩阵摄动理论，由单元矩阵摄动理论建立了基于频率变化的模型修正与损伤识别的数学模型。根据数学模型与损伤识别的特点，提出了损伤识别的3种算法：优化算法和筛选法以及联合筛选算法。最后，将该方法应用到工程实际与结构健康监测的BENCHMARK问题的识别中，验证了该方法的有效性。 本文的主要研究成果和结论如下： 1、提出了损伤识别单元模型的概念，并定义了基于损伤识别单元的损伤识别参数。 2、将矩阵摄动理论与结构振动理论相结合导出了动力特征值问题的一、二阶摄动方程及相应的一、二阶摄动的计算公式，并由此建立了模型修正和损伤识别的数学模型。 3、根据损伤识别的数学方程，总结归纳了4种优化算法，并结合损伤识别的特点，提出了识别损伤的筛选法以及损伤识别的联合筛选算法，与优化方法相比，筛选法识别精度更高，定位更准确。 4、将单元矩阵摄动理论应用于大型结构的模型修正，成功修正了国内首座刚性混凝土自锚式悬索桥的计算模型，在修正过程中，根据该桥的结构特点，提出了考虑初应力影响的模态计算方法，并利用杆梁复合模型模拟了刚性吊杆在不同施工阶段不同的受力情况，使模态分析结果和测试结果更加接近。 5、将基于频率变化与单元矩阵摄动理论的损伤识别方法应用于基桩检测中，解决了目前基桩检测中不能定量识别缺陷的问题。并将其应用到国际结构健康监测工作组提出的BENCHMARK问题的识别中，检验和比较了该方法的优缺点。该方
论文目录:
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 研究结构健康监测的意义与背景
1.2 结构健康监测的研究概况及存在的问题
1.2.1 结构损伤识别技术的研究概况
1.2.2 模型修正的研究进展
1.2.3 目前健康监测存在的问题
1.3 基于频率变化的结构损伤识别
1.3.1 基于频率变化识别结构损伤的优点及可行性
1.3.2 基于频率变化识别结构损伤的研究概况及存在的问题
1.4 本文研究的主要内容及工作
2 单元矩阵摄动基本理论
2.1 引言
2.2 矩阵摄动基础
2.3 单元矩阵摄动公式
2.3.1 单元矩阵摄动公式
2.3.2 求单元矩阵摄动的显式方法
2.4 单元矩阵摄动的基本理论
2.4.1 单元矩阵摄动的静力学理论
2.4.2 单元矩阵摄动的动力学理论
2.4.3 验证摄动精度算例
2.5 本章小结
3 模型修正与损伤识别的数学模型
3.1 模型修正的数学模型
3.1.1 引言
3.1.2 修正参数的选择
3.1.3 模型修正的数学方程
3.1.4 模型修正方程的求解方法
3.1.5 模型修正计算机程序流程
3.2 损伤识别的数学模型
3.2.1 引言
3.2.2 损伤识别单元模型
3.2.3 损伤识别参数
3.2.4 损伤识别的数学方程
3.2.5 损伤识别的计算流程
3.3 模型误差与测量噪声对损伤识别的影响
3.3.1 模型误差对损伤识别的影响
3.3.2 测量噪声对损伤识别的影响
3.4 模型修正与损伤识别的数学模型比较
3.5 本章小结
4 模型修正与损伤识别的算法
4.1 引言
4.2 优化算法
4.2.1 Moore-Penrose广义逆法
4.2.2 带边界约束的线性最小二乘算法
4.2.3 线性规划
4.2.4 带边界约束的非线性最小二乘算法
4.2.5 优化方法算例
4.3 筛选法
4.3.1 筛选法的原理
4.3.2 筛孔大小的选择
4.3.3 筛选法的计算过程
4.3.4 筛选法的优缺点
4.3.5 筛选法算例
4.4 损伤识别的联合筛选算法
4.5 本章小结
5 自锚式悬索桥结构的模型修正
5.1 初始有限元模型的建立
5.1.1 前言
5.1.2 平顶山建设路立交桥概况
5.1.3 有限元模型所用单元
5.1.4 结构的离散及材料参数的取值
5.1.5 全桥的初始有限元模型
5.2 自锚式悬索桥的模态分析
5.2.1 引言
5.2.2 自锚式悬索桥的模态计算方法与改进
5.2.3 自锚式悬索桥的计算结果
5.3 自锚式悬索桥初始有限元模型的修正
5.3.1 模态参数计算结果与实测结果比较
5.3.2 初始有限元模型误差原因分析与修正参数选择
5.3.3 修正过程及结果
5.3.4 重分析结果与试验结果的比较
5.4 本章小结
6 基于频率与摄动理论的损伤识别方法在工程中的应用
6.1 基桩的损伤识别
6.1.1 引言
6.1.2 基桩检测的应力波反射法简介
6.1.3 基于单元矩阵摄动理论识别基桩结构的完整性
6.1.4 算例
6.2 刚架桥的损伤识别
6.2.1 引言
6.2.2 基于频率摄动识别对称结构损伤的特点
6.2.3 应变模态方法
6.2.4 应变模态方法确定损伤位置
6.3 本章小结
7 结构健康检测BENCHMARK问题的识别
7.1 引言
7.2 结构健康监测(SHM)BENCHMARK问题
7.2.1 问题描述
7.2.2 分析模型
7.2.3 损伤模式
7.3 BENCHMARK问题的损伤识别模型
7.4 BENCHMARK问题的损伤识别结果
7.5 本章小结
8 结论与展望
8.1 主要研究成果
8.2 后续研究展望
致谢
参考文献
附录:攻读博士学位期间发表的论文和参加的科研项目
独创性声明
学位论文版权使用授权书
发布时间: 2006-12-05
参考文献
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标签：健康检测论文; 损伤识别论文; 模型修正论文; 单元矩阵摄动论文; 固有频率论文; 筛选法论文; 线性规划论文; 非线性优化论文; 问题论文;