基于遗传优化最小二乘算法的结构损伤识别

基于遗传优化方法,提出一种自适应追踪技术,并结合最小二乘算法,对线性结构和迟滞非线性结构的时变参数进行识别,并由此判断结构的损伤。数值仿真结果表明该方法对结构因损伤引起的参数变化具有敏感性,能够有效地追踪结构参数的变化,识别结构的时变参数,从而检测出结构损伤,包括损伤的发生时刻,以及损伤的位置和程度;此外,还对线性结构进行了实验验证,实验结果表明所提方法能够有效追踪结构参数的变化,从而识别出结构的损伤,具有实际应用价值。     

基于有限范围自适应卡尔曼滤波的结构损伤识别方法

在土木结构的健康监测中,当破坏发生时能够立即对结构的损伤做出判断和评估是一项非常重要的工作.本文采用了一种基于广义卡尔曼滤波的自适应追踪技术对结构的参数进行辨识.该方法能够追踪结构的时变参数,并对结构损伤的位置、大小以及发生的时间做出判断.数值仿真的结果表明该方法对于线性和非线性结构的参数变化具有敏感性,能够有效地检测出结构的损伤.     

基于系统相似方法的叠堆型压电驱动器非线性动力学建模及实验研究

根据机械系统与电气系统的相似方法,将叠堆型压电驱动器的非线性电-机械耦合模型完全转换到电气域内,建立了其非线性相似电路模型;给出了非线性相似电路模型中迟滞因子的辨识方法,并对某款商用叠堆型压电驱动器进行了迟滞因子的辨识试验;基于非线性相似电路模型和迟滞因子的辨识结果,对该款叠堆型压电驱动器的非线性特性进行了仿真分析,得到了其非线性位移迟滞回线;仿真结果与试验结果吻合,证明了该建模过程与辨识方法的正确性。该建模方法在电气域内对叠堆型压电驱动器电-机械耦合特性及非线性迟滞特性进行描述,建模过程物理意义清晰且简单实用,对于研究压电驱动器的动态特性及控制算法具有实际意义。     

智能作动器Preisach迟滞参数辨识及补偿研究

针对实现智能作动器精确运动需对迟滞非线性进行辨识、补偿问题,采用奇异值分解方法辨识Preisach模型参数,构造变幅值谐波输入信号满足持续激励条件;基于辨识模型设计逆模型前馈补偿Preisach迟滞非线性;通过压电平台检验该辨识、补偿方法。实验结果表明,奇异值分解法可有效辨识迟滞效应非线性模型,基于辨识结果的逆模型补偿可减小跟踪误差89.5%。     

基于小波变换的弱非线性阻尼和刚度辨识方法

利用脊上连续小波变换系数的幅度和相位,从结构系统的自由衰减响应中辨识了弱非线性阻尼和刚度.提出了一种检测小波脊的新方法以消除连续小波变换幅度极值的频移.为了抑制边界效应,提出利用最小二乘拟合误差选择小波函数参数的优化算法.使用数值仿真和实验检验了辨识方法的精度.实验装置是一台高精度转动惯量测试仪.结果表明提出的方法能够准确的辨识结构中的弱非线性阻尼及刚度参数.     

基于改进最小二乘步骤的NARMA模型辨识非线性时变结构系统

基于时变非线性自回归滑动平均模型利用改进的递推最小二乘算法提出一种用于非线性时变结构系统辨识的方法。利用线性变换将非线性时不变结构系统的动力学模型转化为非线性自回归滑动平均模型,然后将非线性项展开为系统输出数据的多项式的形式。利用短时时不变假设,通过改变模型的参数跟踪系统参数的变化,将非线性时变系统的辨识问题转化为线性时变系统的辨识问题,再利用改进的递推最小二乘算法实现对非线性时变结构系统的辨识。最后通过一个具有非线性时变刚度的三自由度结构系统的仿真算例表明,该方法可以有效地辨识非线性时变结构系统。     

O型钢丝绳隔振器动态迟滞模型参数识别方法研究

针对O型钢丝绳隔振器具有非线性弹性刚度、非对称迟滞动态特性,采用改进的归一化Bouc-Wen模型并基于该模型对钢丝绳隔振器动态特性参数识别方法进行研究。提出新的简单有效的两阶段识别方法进行参数辨识研究。通过数值仿真与周期性加载试验相结合方法对所提方法进行验证。结果表明,参数识别方法可准确有效识别出O型钢丝绳隔振器模型参数,且试验迟滞曲线与识别模型迟滞曲线吻合较好。     

一种辨识Hammerstein模型的新方法

为了提高非线性Hammerstein模型的辨识精度,提出一种利用混合优化算法对非线性模型进行辨识的新方法。该算法的基本思想是把非线性系统的参数辨识问题转化为参数空间上的函数优化问题,然后利用遗传算法和改进的粒子群优化算法相结合寻求并获得参数问题的最优解。最后通过仿真研究表明,该方法对于非线性辨识具有较好的有效性和鲁棒性,获得了良好的辨识效果,是一种可行的解决非线性辨识问题的方法。     

基于Wiener-Hammerstein模型的一种系统辨识方法

针对工业大系统中Wiener-Hammerstein模型,提出一种新的辨识方法。该方法结合分散辨识对线性系统辨识精度高的优点与混合粒子群优化解决非线性、不可微和多峰值的复杂问题的长处,进行复合控制,并利用计量学中的动态计量方法,建立动态计量仿真模型。仿真研究与实验结果表明,该方法应用在非线性分布参数系统辨识中可有效提高辨识精度。     

基于最小二乘支持向量机的传感器非线性动态系统辨识

讨论了一种基于最小二乘支持向量机的非线性动态传感器系统辨识方法,并给出了相应的推导过程和学习算法.首先,将传感器的非线性动态系统分解为静态非线性子环节和动态线性子环节串联--Hammerstein模型;然后,建立类似线性的中间模型,通过该模型能将Hammerstein模型的非线性传递函数转换为等价的类线性形式;再通过LS-SVM线性回归算法求取中间模型参数;最后推导出中间模型参数与Hammerstein模型参数之间的关系,并通过该关系反演出原传感器系统的Hammerstein模型参数,实现传感器非线性动态辨识.仿真与实际传感器系统辨识的实验结果均表明该方法可行.     

基于性能的钢框架结构失效模式识别及优化

该文定义了损伤和滞回耗能两个性能指标,以增量动力分析(IDA)方法为基础,提出基于性能的钢框架结构失效模式识别方法,并以性能指标为目标函数,以构件截面尺寸作为变量,建立钢框架结构失效模式多目标优化方法。在多条地震波作用下,对一个20层benchmark钢框架结构进行了失效模式识别与优化分析,结果表明,以损伤和滞回耗能作为评价指标的基于性能的钢框架结构失效模式识别方法,能有效识别最不利地震作用下的结构失效模式,基于性能的失效模式多目标优化方法能够显著提高结构整体的抗震性能。     

非线性参数结构系统的参数识别

本对基于时域信息的非线性参数系统参数识别问题进行了研究。首先提出了一种非线性参数系统的分类方法。然后对非线性参数系统的参数化问题进行了讨论：本提出用NEWTON RAPHSON方法进行非线性参数系统识别方程的求解，并用埃特金加速法提高迭代收敛的速度。章的最后以剪力墙参数的识别问题为例演示了本所提方法的有效性。数值算例表明，识别结果的精度和识别耗时对参数初值的选取并不敏感。     

利用部分加速度测量的结构滞回特性免模型识别

结构非线性恢复力与位移的关系即滞回特性是强动力荷载作用下结构损伤发生发展过程的直接表征,可直接用于结构耗能的定量评估。该文提出一种仅部分自由度受到激励且只有部分自由度上加速度响应测量已知时结构非线性恢复力和质量识别方法。无需结构恢复力参数化模型,利用切比雪夫多项式来描述非线性恢复力,结合无迹卡尔曼滤波算法（Unscented Kalman Filter, UKF）,在结构刚度、阻尼、质量未知情况下,实现非线性恢复力和结构质量识别。在一个多自由度数值模型中引入磁流变阻尼器模拟非线性构件,通过数值模拟验证该方法的识别效果。结果表明,该方法在仅部分自由度受激励且仅部分自由度上加速度响应时程已知时,可对结构非线性恢复力和质量进行有效识别。该方法对工程结构在强动力荷载作用下损伤发展过程的识别及耗能的定量评估具有重要意义。     

Data based model free hysteresis identification for a nonlinear structure

In the last two decades, the damage detection for civil engineering structures has been widely treated as a modal analysis problem and most of the currently available vibration-based system identification approaches are based on modal parameters, namely the natural frequencies, mode shapes and damping ratios, and/or their derivations, which are suitable for linear systems. Nonlinearity is generic in engineering structures. For example, the initiation and development of cracks in civil engineering structures as typical structural damages are nonlinear process. One of the major challenges in damage detection, early warning and damage prognosis is to obtain reasonably accurate identification of nonlinear performance such as hysteresis which is the direct indicator of damage initiation and development under dynamic excitations. In this study, a general data-based identification approach for hysteretic performance in form of nonlinear restoring force using structural dynamic responses and complete and incomplete excitation measurement time series was proposed and validated with a 4-story frame structure equipped with smart devices of magneto-rheological (MR) damper to simulate nonlinear performance. Firstly, as an optimization method, the least-squares technique was employed to identify the system matrices of an equivalent linear system of the nonlinear structure model basing on the excitation force and the corresponding vibration measurements with impact test when complete and incomplete excitations; and secondly, the nonlinear restoring force of the structure was identified and compared with the test measurements finally. Results show that the proposed data-based approach is capable of identifying the nonlinear behavior of engineering structures and can be employed to evaluate the damage initiation and development of different structure under dynamic loads.     

主余震序列作用下非线性单自由度体系的增量损伤分析

同时采用真实主余震序列和人工构造主余震序列作为输入,开展了非线性单自由度体系在主余震序列作用下的增量损伤分析。挑选75组真实主余震序列,并基于相同的主震记录,分别采用重复法、随机法和衰减法构造不同的人工主余震序列作为输入。分别采用理想弹塑性模型、考虑屈服后刚度的双线型模型和三线型模型,开展主余震序列作用下非线性单自由度体系的反应分析。以修正的Park-Ang损伤指数作为结构损伤指标,对主余震序列作用下的结构增量损伤进行研究,并对强度折减系数、恢复力模型及主余震序列人工构造方法对增量损伤的影响进行研究。结果表明:余震造成的结构增量损伤不可忽视。基于重复法和随机法合成的人工主余震序列相比真实主余震序列的余震强度偏大,因此会高估余震对结构造成的增量损伤。基于衰减法合成的人工主余震序列的余震强度偏小,会低估余震对结构造成的增量损伤。结构特性对增量损伤的影响很小,体现为不同强度折减系数及不同恢复力模型对结构增量损伤的影响均不明显。     

结构整体抗震性能评估新方法

目前基于性能的抗震评估主要考虑结构的最大位移反应,而忽略了滞回耗能对其造成的影响,不能全面反应地震损伤的根本机理。该文基于非线性振动理论,结合地震波的关键性特征参数,得到计算SDOFS滞回耗能的解析方法。在此基础上,根据MDOFS结构与等效SDOFS结构之间最大变形和滞回耗能的近似转换关系,采用Park-Ang模型对结构整体抗震性能作出合理评估。该方法能反应地震损伤的根本机理,且精度较高,具有广泛的工程应用前景。     

Identification of a non-linear spring through the Fokker–Planck equation

Standard methods for the dynamic identification of civil engineering structures and mechanical systems generally rely on the determination of eigenfrequencies/eigenvectors and damping. A basic assumption for the use of these methods is the linear elastic behaviour of the tested structures. Nevertheless many structures exhibit a non-linear behaviour even at low levels of external excitation. For instance, reinforced concrete structures cracked by shrinkage or by the overcoming of the concrete tensile strength, exhibit different values of the flexural stiffness depending on the opening of the cracks. In the present paper a new methodology is presented to identify the characteristics of a non-linear mechanical system using the Fokker–Plank Equation (FPE) that allows evaluating the probability density function of the response of structural systems loaded with Gaussian white noise.     

基于混沌激励与吸引子分析的结合面损伤识别方法

工程结构在使用寿命周期内,各种环境因素会导致结合面出现损伤,从而威胁结构的完整性和功能性,甚至诱发安全事故。研究了一种利用混沌激励与吸引子几何特性进行结合面损伤识别的方法,采用混沌振动信号激励待测结构,对采集到的加速度响应信号进行相空间重构,并构造了一种基于吸引子局部方差计算的特征参量用于损伤识别,同时研究了影响特征参量的主要参数。设计了悬臂梁结合面损伤识别实验,控制固定端螺栓预紧力的下降来模拟结合面损伤,利用上述方法对结合面的损伤状态进行了识别。结果表明：本文方法能够识别结合面的损伤状态,所构造的特征参量随损伤程度改变单调变化,响应测点配置、特征参量计算参数等对损伤识别的效果有影响。     

考虑结构损伤的消能减震结构能量设计方法

与基于承载力和基于位移方法相比,基于能量的抗震设计方法能够更为全面的评估结构抗震性能。该文从能量的角度提出了一种考虑主结构损伤耗能的简化抗震设计方法,将结构滞回耗能设计由阻尼器和主结构共同承担,并据此用等效阻尼比将损伤引入到主结构,通过延性系数建立了结构损伤指数与等效阻尼比之间的关系,给出了阻尼器耗能求解公式及设计流程。该方法无迭代过程,且能在设计之初实现主结构的损伤控制。算例表明,该方法简单、实用,为消能减震结构设计提供了一个新方法。