考虑敏感性和鲁棒性相协调的多维传感器优化布置方法

为了有效地布置多维传感器,将传感器优化布置方法中经典的三维有效独立法(EfI3)推广到了其他维数,分别给出了适用于高层建筑的EfI2和EfI5算法;针对以往算法不能考虑结构自身不适定性的问题,提出了一种能够综合考虑结构反应信息敏感性以及系统鲁棒性相协调的优化方法,该方法通过E测试矩阵使Fisher信息矩阵获得最大值,且能够保证在迭代过程中振型矩阵的条件数最小;以广州新电视塔为例,采用模态保证准则、Fisher信息矩阵行列式,以及振型矩阵条件数3种优化准则,对比分析了仅考虑水平振动,以及同时考虑水平振动和空间扭转的传感器优化布置效果,证明了方法的可行性和优越性。     

一种基于信息熵的分布参数结构传感器/激励器优化布置方法

针对用基于有限元方法的离散坐标体系研究传感器优化布置、所得仅为结构真实动力响应近似解直接影响传感器优化布置结果问题,提出基于贝叶斯统计系统识别方法与信息熵理论的分布参数结构传感器优化布置方法。以结构模型修正为目的,用贝叶斯统计系统识别方法识别结构模型参数最优值及不确定性程度,利用信息熵定量表征结构模型参数识别结果的不确定性程度;再将传感器优化布置问题转化为连续数值优化问题,以传感器位置为优化变量,通过遗传算法极小化模型参数识别结果的不确定性(即信息熵)识别传感器的最优布置位置;获得最大结构响应信息量,即识别结构模型参数的不确定性最小。通过双墩带弹性支撑的三跨连续梁桥数值仿真研究对该方法进行验证。     

基于能量系数-有效独立法的桥梁结构传感器优化布置

为了解决桥梁结构健康监测中的传感器优化布置问题,以简支钢桁架梁桥为研究对象,以反映节点自由度模态应变能的系数来修正反映最大线性无关的有效独立法,提出了基于能量系数-有效独立法的传感器优化布置算法,使传感器布置方案进一步优化。实例分析表明,采用该方法所得的传感器布置方案用多种准则进行评价的结果都较好,既能保证测量振型向量的正交性,又能保证扩阶振型的准确性,并且有较强的抗噪声性能,是一种适合桥梁结构的较为理想的传感器优化布置算法。     

利用分布式狼群算法进行三维传感器优化布置的方法研究

考虑传感器优化布置中的模态置信准则MAC只能对三维传感器的某一方向进行优化,而不能确保在三个方向同时实现优化布置的问题,提出将节点的三个平动自由度作为一个单元,通过节点的Fisher信息阵来获取结构所布置传感器的Fisher信息阵,并借鉴传统一维模态置信准则的思想,构建了一种全新的三维模态置信准则TMAC。为提高算法的求解效率,提出了一种分布式狼群算法,采用双重编码方式,克服原狼群算法只能求解连续变量优化的问题;采用狼群分组的方法,通过组内狼个体的信息交流,提高了算法的搜索效率。文末以中佛罗里达大学建立的基准模型为例,进行了参数敏感性分析以及三维传感器优化布置方案的选择,结果表明:分布式狼群算法的搜索能力较原狼群算法有了大幅提高,能较好地解决传感器优化布置问题。     

基于分布式猴群算法的传感器优化布置方法研究

建立了针对具有较多自由度的大型结构传感器优化布置的分布式猴群算法。通过引入双重编码的方式, 克服了原猴群算法只能解决连续变量的缺陷;针对单个猴群全局搜索能力较弱的问题, 提出了一种将初始化产生的大量猴子个体按照指定的方式分配到多个猴群进行同步并行搜索的方法;考虑原猴群算法能够跳出局部最优的特点以及和声算法较强的局部搜索能力, 提出将每个猴群得到的初步最优解作为初始和声记忆库, 采用基本和声算法进行二次搜索的方法, 来获取传感器的最终布设方案。文末以大连国贸大厦为例, 进行了参数敏感性分析以及传感器优化布置方案的选择, 结果表明分布式猴群算法具有较强的全局寻优能力, 非常适用于具有较多自由度的大型结构传感器优化布置。     

基于复杂三维有限元模型和鱼群算法的平面不规则结构中位移型阻尼器参数和位置的优化方法

平面不规则结构在水平地震作用下由于结构刚心和质心不重合而引起的结构扭转耦联使得结构位移比不满足规范要求。在平面不规则结构中布置位移型阻尼器能有效的减小结构的位移比,但阻尼器的参数和位置直接决定了对结构的扭转反应控制效果。首先设计简单的双向偏心框架结构算例,研究位移型阻尼器布置位置和参数对平面不规则结构扭转响应的控制规律。在此基础上基于基本人工鱼群算法结合有限元软件SAP2000API开发一种针对偏心结构中位移型阻尼器布置的优化模型,模型面向多维多自由度实际有限元结构模型,可同时对结构各层位移型阻尼器的布置位置和参数进行优化。最后,利用该文建立的优化模型对某位移比超限的多层不均匀偏心实际结构中的位移型阻尼器进行优化布置,结果表明该文优化模型计算出的位移型阻尼器布置方案使结构的位移比得到了有效的控制。     

电流变夹层板控制系统的传感器优化布置

为了解决ER夹层板系统的模态控制的实用性问题,研究了悬臂板模态坐标估计和传感器定位问题。按照变刚度模态控制算法的要求,给出了离散坐标下模态坐标估计的方法;根据连续结构的振型分析,分析传感器定位计算,建立了数学优化模型;按照模态动能法初步筛选后,枚举得到传感器优化布置方案,并且从估计精度和控制效果两个角度进行了布置方案的算例验证。结果表明,优化的传感器布置能在较少的数目下,模态坐标估计满足模态控制算法的输入需求。     

结构动态测试传感器优化配置的预试验技术

传感器配置是结构动态测试的一项重要的技术措施,其效果决定了结构的各阶主要测试模态的有效程度。由此,首先对结构仿真模型进行预先的主元素分析,优化传感器的布置。在结构有限元模型(FEM)中,对模型固有特性进行分析,确认重要的结构模态和结构动态测试目标。利用Guyan缩减方法对模型的自由度进行主从划分;选取感兴趣的结构振型的主自由度,对应从有限元模型中提取缩减的"试验模型"。针对提取的缩减模型重新开展模态分析,采用模态置信度(MAC)指标评估各阶振型之间的相关性,进而量化并直观显示传感器的配置效果。对某型号无人直升机机身结构进行地面振动试验。通过从仿真模型中选取合适的振型主元,改进传感器的配置,能保证试验中获得期望的结构测试模态,验证了利用结构仿真模型在动态测试之前预先进行传感器优化配置的效果。     

基于结构多尺度模拟和分析的大跨斜拉桥应变监测传感器优化布置研究

该文以润扬大桥斜拉桥钢箱梁结构为研究对象,针对结构安全评估为目标的大跨桥梁结构健康监测系统中应变传感器的优化布置问题,提出了一个基于桥梁结构多尺度模拟和结构响应分析结果进行应变传感器优化布置的方法。通过斜拉桥脊骨梁模型来研究确定钢箱梁的关键截面,通过子模型方法实现钢箱梁结构的多尺度模拟和从结构整体到主要局部构件中的应力状态分析,据此进一步分析和确定斜拉桥健康监测系统中钢箱梁结构应变传感器的安装位置,并用在润扬斜拉桥上进行的静动载试验的测试结果验证了结构整体与局部响应分析结果,从而间接验证了应变传感器优化布置结果的正确性。     

自由度匹配技术在网壳结构损伤识别应用中的比较研究

测试自由度与有限元模型自由度不匹配是损伤识别技术应用于实际工程的最大障碍，动力模型缩聚和特征向量扩充技术是解决这一问题的主要手段。提出了基于剩余模态力和最小秩摄动理论的两阶段损伤识别算法，对几种模型缩聚技术和特征向量扩充技术在网壳结构损伤识别应用中的可行性、优缺点及适用范围进行了比较研究。通过单层短程线网壳结构模型的数值模拟，同时考虑测试噪声影响，实现了测试信息不完备情况下的网壳结构损伤识别。结果表明，本文所提出的损伤识别算法可以识别出网壳结构的单位置刚度损伤，而且利用Guyan静态缩聚法和Guyan扩充法进行自由度匹配后的损伤识别结果非常准确，它们是网壳结构损伤识别应用中模型自由度匹配的最佳选择。     

两自由度系统气弹响应特性研究

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)离散时间气动模型,计算了有无结构阻尼的薄平板在均匀流中分别受单自由度或两自由度(同时)初始位移激励下的系统气弹响应,分析了气弹位移及气动力时程特征及相互关系。研究表明:任意一个自由度的激励将激发起系统两个自由度方向的振动;低折算风速下,气动耦合项作用很小,气动力能对气弹系统产生气动正阻尼作用,且产生的竖弯气动阻尼大于扭转气动阻尼。研究还表明:系统任意一个自由度方向的气弹位移响应,以及升力或扭矩时程均有系统两个振动模态参与。气弹系统以某一系统频率发生的振动,是一个自由度方向的主运动和另一个自由度方向的耦合运动以一定的参与程度组合形成的牵连运动。     

基于多目标遗传算法的传感器优化布点研究

针对目前桥梁模态试验中传感器布点优化都是基于单一准则下的研究的局限性,提出采用双准则或多准则下的传感器优化布点研究,该方法改进了以往布点优化中单一目标最优的限制,转而寻求多准则下的优化布点的满意解,而非真正严格数学意义上的最优解。采用Pareto遗传算法,设计了相应的遗传算子和编码方案,成功求解了双准则下传感器最优布点问题,优化结束时,成功给出了一组pareto最优解的前沿面,进而证明了提出的方法是可行的。     

沉管隧道健康监测试验中传感器位置的优选

基于单节沉管隧道缩比模型在地震激励作用下的健康监测试验,借助商业有限元软件ANSYS对单节隧道缩比模型进行等代地震荷载下的平面应变分析和整体模态分析,得到传感器优化布置初选点.再利用遗传算法对初选点进行优化排序,得到传感器优化布置的最终方案.该方法与EFI法传感器优化布置结果吻合较好.该方法对于大型结构的传感器优化布局有一定的借鉴作用.     

超高耸结构台风期间动力特性监测

主要做了以下几个方面的工作:(1)利用GPS等多种传感器,建立广州新电视塔的健康监测系统;(2)采用一种仅基于输出响应的模态识别算法(频域分解法),结合台风期间所测得的加速度响应识别了广州新电视塔的前十阶模态参数;(3)用图、表和有限元模型描述了电视塔在台风期间的形变状态,揭示其动力特性。具有理论创新和较好的应用借鉴作用。     

长横担输电塔扭转向等效静力风荷载

为研究长横担输电塔扭转向等效静力风荷载的计算方法。以弹簧-多质点模型为基础提出了多自由度扭转向振动方程,并从频域角度对方程进行求解;在考虑一阶扭转振型贡献的基础上,采用惯性风荷载法提出了扭转向等效静力风荷载的计算公式;基于塔架结构顺风向体型系数及准定常理论,对塔架节段的扭转向风荷载谱进行推导;针对直流输电塔特有的几何构型及动力特性,提出简化模型并对振动方程及风荷载谱的计算公式进行简化;以准东-华东±1100 kV输电工程角钢塔为例,将采用上述方法的得到的输电塔主材、斜材及横隔材轴力与动力时程分析及我国规范方法的计算结果进行对比。结果表明,与规范方法相比,上述方法能提高主材、斜材和横隔材的设计可靠度,特别对塔身斜材及横隔材的可靠度提高较大,分别达98.5%及89.8%以上。     

某多用途货车传动系扭振试验分析与优化

某多用途货车加速行驶时,在发动机转速1200 r/min~1500 r/min范围内,传动系出现明显振动,影响整车NVH品质。针对此问题在传动系关键节点处加装传感器,对车辆6个前进挡在加速工况下进行扭振测试,由数据处理获得传动系各部位的角加速度振幅随发动机转速变化的关系。分析获得各部位振动的主要阶次,确定发动机2阶激励是引起扭振的主要原因。通过对车辆扭振特性的分析,确定传动轴和后桥是扭振的主要部位。为解决传动系统扭振问题,将传动系简化成12个集中质量的扭转振动系统模型,分析离合器扭转减振器主减振级扭转刚度和阻尼力矩参数对传动系扭振的影响规律。提出改善传动系扭振解决方案,并确定优化后扭转减振器参数,测试结果表明扭振得到明显改善。     

预应力钢箱高强混凝土组合梁受扭性能全过程分析

为研究预应力钢箱高强混凝土组合梁从加载到破坏受扭全过程的力学性能,把受扭全过程分为开裂前和开裂后两个阶段.基于变角空间桁架理论模型,通过受力平衡方程、几何条件和应力-应变关系等,推导出适用于预应力组合箱梁全过程分析的一系列方程,进而提出了预应力钢箱高强混凝土组合梁全过程分析的简化算法,并利用VB编制了预应力钢箱高强混凝...