基于遗传规划算法的布拉格光栅非均匀应变分布重构

论文摘要

综合分析布拉格光栅在结构健康监测的中的应用成果和研究进展,说明结构健康监测的重要性和挑战性,以及布拉格光栅在其中的重要地位。在全面讨论布拉格光栅轴向非均匀应变分布重构方法的基础上,论文着重对非均匀应变分布重构的遗传规划方法进行了深入研究,具有重要的理论和工程应用价值。以耦合模理论为基础,分析了传输矩阵法求解的光栅反射谱与龙格库塔解存在差异的原因,探讨了包含应变梯度项的改进的传输矩阵反射谱计算方法,仿真算例表明改进的传输矩阵法可以更有效地逼近龙格库塔积分解。介绍遗传规划算法基本思路,重点讨论种群产生方法和避免规模爆炸的策略,分析选择、交叉和变异等遗传操作的作用及相关参数值对优化结果的影响,以便协调各个环节,增强优化能力。针对目前连续重构光栅轴向非均匀应变重构必须要对应变形式做预先假设的问题,本文提出了采用遗传规划的光栅轴向非均匀应变重构算法,利用其符号回归功能,无需应变分布形式的先验知识便可直接回归光栅轴向非均匀应变分布的函数表达式;定义了专门用于度量连续函数重构精度的均方积分误差,针对均值、线性、二次、正弦和不连续的应变分布形式,定量研究基于遗传规划的非均匀应变分布重构方法的效果,验证了本文算法的有效性;并和最新的混沌遗传非均匀应变分布重构方法比较,结果表明遗传规划方法续重构非均匀应变分布形式具有相对较好的精度和更好的实时性能,具有独特的优越性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 结构健康监测的研究现状
• 1.2 光纤Bragg 光栅传感器的应用现状
• 1.3 FBG 测量非均匀应变的研究意义
• 1.4 非均匀应变测量若干方法比较
• 1.5 本文主要工作
• 第二章 光纤Bragg 光栅理论
• 2.1 光纤布拉格光栅的耦合模理论
• 2.2 均匀光纤Bragg 光栅耦合模分析
• 2.3 非均匀布拉格光栅耦合模方程的龙格库塔解
• 2.4 非均匀光纤Bragg 光栅的传输矩阵法分析
• 2.5 改进的传输矩阵
• 第三章 遗传规划（Genetic Programming）
• 3.1 函数的构成及表示
• 3.2 初始群体的生成
• 3.3 遗传操作
• 3.4 抑制规模爆炸
• 3.5 GP 的控制参数
• 3.6 遗传规划算法流程
• 第四章 光纤Bragg 光栅非均匀应变分布重构仿真
• 4.1 基于GP 的非均匀应变分布重构算法
• 4.2 遗传规划算法参数设定
• 4.2.1 函数集和终止符集的设置
• 4.2.2 选择算子的设置
• 4.2.3 动态树深的设置
• 4.3 非均匀应变分布重构仿真分析
• 4.4 GP 与CGA 的应变分布重构仿真效果比较
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文