基于遗传算法的斜拉桥传感器优化布置研究

分析了传感器的类型、数量和位置在桥梁结构健康监测和诊断中的重要性,对桥梁结构传感器优化布点作了详细的分类及论述.分析了遗传算法的特点优点,并与传统优化算法作了比较.最后利用遗传算法搜索一座独塔不对称的协作梁大跨度斜拉桥结构的健康监测系统中传感器的最优布点.结果表明,用遗传算法进行传感器最优布点具有结果稳定可靠,收敛迅速的特点,能够满足系统的要求.     

用遗传算法选择悬索桥监测系统中传感器的最优布点

本文利用遗传算法搜索悬索桥结构健康监测系统中传感器的最优测点。以青马悬索桥为对象,研究其加劲梁和桥塔上传感器的最优布点。在讨论经典遗传算法的基本原理和优点,及在结构健康监测系统中,为探测累积损伤用的传感器最优布点之后,本文讨论了广义遗传算法,并用一个算例比较了广义遗传算法和经典遗传算法,结果表明广义遗传算法比经典遗传算法有明显改进。最后,以香港青马桥为例讨论了用广义遗传算法求大跨度悬索桥最优测点,文中针对不同传感器及不同目的提出了三个适应度,它们分别由位移模态和曲率模态表示。并根据这三个适应度用广义遗传算法搜索了青马桥上传感器最优布点。结果表明,用广义遗传算法搜索悬索桥监测系统中传感器的最优布点结果稳定可靠,且收敛迅速。     

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。     

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。     

斜拉桥结构基于模态分析的减震控制研究

本文提出基于模态分析的线性二次最优减震控制算法和基于模态分析的滑动状态减震控制算法,并将这两种算法应用于斜拉桥结构的减震控制中。通过仿真控制研究表明这两种算法对大跨度斜拉桥结构的减震控制是可行的有效的。但就本文算例而言,基于模态分析的滑动状态减震控制比线性二次最优控制用较少的外部能量就可达到较好的控制效果。     

传感器优化布置的有效独立-改进模态应变能方法

针对经典的传感器优化布置方法 -有效独立法(EI)容易丢失能量较大测点的不足,引入新的模态应变能修正EI法,提出有效独立-改进模态应变能法(EI-IMSE)。考虑模态数目的影响,通过空间桁架塔结构数值研究与矩形截面空心铰支梁的实验验证,并经四种评价准则与既有的EI及其三种EI改进方法的对比研究,表明EI-IMSE法不仅保留EI法的优点,且具有良好的抗噪性和低阶模态识别的准确性。     

拉索对斜拉桥竖向频率的影响研究

基于漂浮式独塔斜拉桥三梁离散弹簧动力学模型,对拉索对斜拉桥竖向振动频率的影响进行了研究。该模型将斜拉索简化为无质量弹簧,将桥塔视为考虑轴力影响的欧拉柏努利梁;同时,将桥面与桥梁交接处截开为两根欧拉柏努利梁。然后基于传递矩阵法基本理论,以长沙某独塔斜拉桥为研究对象,计算了斜拉桥的自振频率和模态,从而基于频率对斜拉桥的竖弯刚度进行评估。最后对普通钢索被替换为CFRP斜拉索后对桥梁整体竖弯刚度的影响进行了研究分析。结果表明,利用所提出的模型可以很好地评估斜拉桥的整体竖弯刚度,并且将钢质拉索更换为CFRP斜拉索能不同程度地提高斜拉桥的整体刚度。     

三种传感器布点优化算法在系杆拱桥中的对比分析

对三种不同的传感器优化布点算法在系杆拱桥中的应用进行对比分析,研究不同算法的侧重点及优化效果.首先对三种优化方法的原理进行分析,然后以一大跨系杆拱桥为背景,研究桥面在三种方法下加速度传感器测点布设的差异,并采用四种评估准则对传感器布置的优化效果进行对比分析,最后采用无量纲化技术将四种评估准则转化为综合评价体系.分析结果表明:不同的优化算法对优化效果的影响较大,在进行传感器的优化布设时,必须对不同的优化算法进行对比,以选取最优算法.     

基于有效独立的改进传感器优化布置方法研究

随着结构健康监测技术的发展,传感器优化布置问题日趋突出。综合考虑有效独立法和模态动能法的优缺点,分别以平均加速度幅值和模态动能修正有效独立法的传感器优化布置结果,提出了两种基于有效独立的改进传感器优化布置方法———有效独立-平均加速度幅值法(EI-AAA)和有效独立-模态动能法(EI-MKE)。运用模态动能准则、平均加速度幅值准则、Fisher信息矩阵准则、截断模态矩阵条件数准则、模态置信准则评价并比较上述两种方法及有效独立法、模态动能法、有效独立驱动点留数法和有效独立驱动点残差法。实际钢井字梁采光顶结构算例结果表明,本文提出的有效独立-平均加速度幅值法(EI-AAA)和有效独立-模态动能法(EI-MKE)在考虑截断模态线性独立的同时都能自动选择具有较高平均动态响应和模态动能的测点位置,有较强的抗噪声性能,在六种方法中布置结果最为有效。     

基于不完备损伤指标和遗传算法的特大桥损伤识别和传感器布点优化

特大桥健康监测系统不可能在所有自由度安放传感器,该文讨论了用由不完备振型建立的损伤指标的损伤识别和传感器布点优化方法。与过去用遗传算法优化传感器布点的适应度函数不同,该文用损伤指标最灵敏来建立适应度函数。对桥梁的单个损伤,该文用不完备模态柔度矩阵差和截断模态应变能变化率两个不完备损伤指标作为适应度函数来优化传感器布点,并与传统的COMAC指标对比,还改进了多种群遗传算法,以提高收敛速度和全局寻优能力。并以西堠门悬索桥有限元模型为例,识别不同部位的损伤。算例表明:该方法在损伤识别和传感器布点优化方面不仅可行而且有效。     

基于自适应引力算法的桥梁监测传感器优化布置

针对桥梁健康监测中传感器布置优化问题,提出了一种基于自适应引力算法的传感器优化布置方法。以模态置信准则为基础,构造满足传感器优化布置的适应度函数;针对引力搜索算法开发能力不足,对衰减因子α进行了自适应改进。搜索初期α较小,粒子以较大步长进行全局搜索,增强了算法的搜索效率;搜索后期α较大,粒子以较小的步长进行局部搜索,提高了算法的搜索能力,避免落入局部极值点。改进后的自适应引力算法通过双重编码的方式,使算法可以解决离散型的传感器布置问题;以马水河大桥为例,验证算法的可行性。结果表明,改进后的算法有很好的寻优能力,能够准确高效的确定传感器优化位置。     

基于整数编码遗传算法的传感器优化配置研究

动态测试中,为了将传感器配置在合理的自由度上,以便充分反映结构的动力特性,需对传感器进行优化配置。本文分别以模态置信度矩阵、Fisher信息阵和它们的组合为优化准则,采用整数编码遗传算法,探讨了单目标和多目标优化的传感器优化配置问题。通过与现有的模态动能法、有效独立法及基于QR分解的逐步累积法进行比较,传感器优化配置的结果表明整数编码遗传算法优于上述三种现有方法。     

基于距离系数-有效独立法的大型空间结构传感器优化布置

为解决利用有效独立法进行大型空间结构传感器优化布置时产生的信息冗余问题,提出了以距离系数修正信息矩阵的距离系数-有效独立法。将该方法应用于某高拱坝的传感器优化布置,并与现有的三种优化布置方法得出的方案进行全面的比较。结果表明：距离系数-有效独立法应用于精细网格划分的大型空间结构的传感器优化布置时,可有效避免测点间的信息冗余问题并保证模态识别的精度,是一种适合大型空间结构的较为理想的传感器优化布置算法。     

大跨空间钢结构模态参数测试传感器优化布置

为了有效选择监控模态振型阶数,并使振型向量间夹角和测点振动能量同时尽可能大,提出了基于模态能量和白适应遗传算法的多目标传感器优化布置方法.首先,根据结构模态应变能的大小挑选出环境激励下结构的主要贡献模态,即优化时所取的监控模态.然后,根据单位刚度的模态运动能以及模态置信度矩阵构造新的适应度函数,利用自适应遗传算法对布点...     

A risk-based sensor placement methodology

A risk-based sensor placement methodology is proposed to solve the problem of optimal location of sensors to protect population against the exposure to, and effects of, known and/or postulated chemical, biological, and/or radiological threats. Risk is calculated as a quantitative value representing population at risk from exposure at standard exposure levels. Historical meteorological data are used to characterize weather conditions as the frequency of wind speed and direction pairs. The meteorological data drive atmospheric transport and dispersion modeling of the threats, the results of which are used to calculate risk values. Sensor locations are determined via an iterative dynamic programming algorithm whereby threats detected by sensors placed in prior iterations are removed from consideration in subsequent iterations. In addition to the risk-based placement algorithm, the proposed methodology provides a quantification of the marginal utility of each additional sensor. This is the fraction of the total risk accounted for by placement of the sensor. Thus, the criteria for halting the iterative process can be the number of sensors available, a threshold marginal utility value, and/or a minimum cumulative utility achieved with all sensors.     

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。     

基于故障可诊断性的齿轮箱传感器优化布置

针对目前在优化传感器布置时对齿轮箱可能发生的故障信号是否能被识别与分离研究较少的情况,将故障可诊断性应用于齿轮箱传感器优化布置中,并运用奇异值比值、故障可诊断性、平均加速度幅值三个评价准则构成的综合指标评价不同布置方案,最终确定最优传感器布置方案。对齿轮箱进行模态分析,提取模态振型;再运用K均值聚类算法根据自由度在重要模态中振型的动力相似性进行分类;利用有效独立平均加速度幅值法初选测点;在这些节点位置处测得可能出现的故障信号,对其进行快速傅里叶变换,得到相应故障的频谱图,利用核密度估计求取对应故障的密度函数,再利用K-L散度判断各位置处的故障可诊断性;运用综合指标评价,确定最优方案。通过ZDH10型齿轮箱故障诊断试验台验证了所提方法的可行性。