基于应变模态响应重构的损伤识别方法EI北大核心CSCD

土木结构的损伤识别技术对提升结构可靠性与安全性具有重要意义,也是土木结构健康监测研究中的热点问题。现有的损伤识别方法往往需要识别模态参数,或者需要准确获取结构外部载荷信息,极大限制了相关方法在实际工程中的应用。为克服现有方法的局限性,该文将结构动态响应重构方法引入到损伤识别中,提出了基于应变模态响应重构的损伤识别方法。构建结构健康状态的有限元模型,以损伤结构测量的信号输入,通过基于经验模态分解的应变重构方法,可以获取使用无损伤模型的结构全局模态响应。以传感器采集的模态响应和重构模态响应的差异作为有限元模型修正的依据,通过应变模态比值构建的传递率的灵敏度矩阵进行迭代运算,求得损伤位置及损伤程度。该方法无需获取结构的外部激励信息,通过高效的时域应变重构,能够在少量测量信号下实现对结构损伤的精确识别。为验证该方法的准确性和高效性,开展了连续梁单一损伤和多损伤识别研究,探讨了测量噪声和模态阶次选取对识别结果的影响,结果表明,该方法能够准确、高效识别不同程度的损伤,对测量噪声具有较强的鲁棒性。     

在役大跨径曲弦桁梁桥车桥耦合振动分析EI北大核心CSCD

为研究在役曲弦桁梁桥的动力性能和车桥振动响应,基于考虑跳车脱空时段的车桥耦合振动分析方法,进行在役曲弦桁梁桥车桥耦合振动分析。以122 m跨径彩虹桥为计算示例,建立桥梁有限元模型,分析桥梁动力特性,并计算空间车队过桥动力响应,探讨车速、车辆数量、车队分布及路面不平度等因素对在役曲弦桁梁桥动力响应的影响。结果表明:桥面系竖向刚度相对较弱,桥面局部振动易被激发;桥面竖向振动及各动力响应随着汽车数量、布载车道数量增加而显著增大;桥梁下弦跨中位移冲击系数超过规范设计值,桥面振动程度较大;车辆中、后轮易发生跳车,路面等级越高,发生脱空次数越多,在路面等级良好状态下汽车也会出现跳车现象。     

灵敏度的模态区间分析方法及其在不确定性参数识别中的应用EI北大核心CSCD

由于存在区间过估计及无法获知结构响应表达式的问题,区间灵敏度分析方法难以广泛地应用于实际复杂结构中。为此,提出一种基于响应面的灵敏度模态区间分析方法,该方法在区间响应面模型上分别对每个区间参数进行模态区间扩张得到响应区间,进而计算相对模态区间灵敏度,通过比较相对模态区间灵敏度即可判断结构响应对参数的敏感程度。通过数值算例探讨响应面形式对计算结果的影响,阐述灵敏度区间分析与灵敏度模态区间分析的优缺点。最后以钢板试验及钢筋混凝土拱桥不确定性参数识别算例来验证所提方法在复杂结构分析中的可行性。灵敏度分析结果表明该方法有效地解决区间过估计问题,提高了灵敏度分析的精度。对参数在多个范围内的灵敏度分析,所提方法具有较高的计算效率。参数识别结果表明将逆响应面与模态区间分析结合可避免区间优化过程,在保证精度的前提下,提高了参数识别效率。     

基于频率变化的有载桥梁模态振型识别改进方法EI北大核心CSCD

车辆静置法识别桥梁振型克服了车辆移动扫描方法中路面不平顺激励难以消除的局限,大大改善了振型识别精度。该方法本质上是利用车辆停放位置不同时桥梁频率的变化进行振型识别。因此,对静置车辆-桥梁系统频率的准确估计是保证振型识别精度的关键所在。首先考虑车辆悬挂特性,推导了静止车辆-桥梁耦合系统方程,获得了有载桥梁的耦合系统频率解析式;在此基础上,提出基于频率变化的有载桥梁振型识别改进方法,并通过数值算例和模型试验对其进行验证;进一步分析了不同车体简化方法(附加质量模型与质量-弹簧模型)对桥梁频率及振型识别结果的影响;最后讨论了静置车辆-桥梁耦合系统频率的影响因素。结果表明:提出的改进方法较附加质量法相比有更好的振型识别精度,且可准确预测有载桥梁频率的变化;静置车辆-桥梁耦合系统的频率总是成对出现,耦合系统频率的变化与车/桥频率比、车/桥质量比以及车辆停放位置有关,且对车/桥频率比最为敏感。研究思路不仅适用于公路桥梁的振型识别,还可扩展到利用静止人群进行人行桥或轻柔楼盖的振型识别。     

基于车激响应和灵敏度分析的桥梁结构损伤识别方法研究

提出了一种利用桥梁结构在车辆荷载作用下在线响应评估结构性损伤的方法。以单元弯曲刚度的变化量为识别指标,基于车桥动力相互作用理论计算车激桥梁响应以及响应对损伤指数的灵敏度,以结构不同状态下的响应残差为约束条件,利用最小二乘法求解灵敏度方程得到各单元的损伤指数,然后通过有限元更新技术和反复迭代,最终实现对桥梁损伤的定位和定...     

基于参数不确定列车作用下桥梁振动响应的桥梁损伤识别研究

该文提出了当车辆某参数值不确定时基于桥梁在线振动响应的桥梁损伤识别方法。基于列车-桥梁耦合振动模型和响应灵敏度方法, 利用桥梁的在线响应进行损伤识别。通过计算损伤识别结果对随机车辆参数的灵敏度并由此得到损伤因子的数学期望及方差, 进一步得到各单元的损伤因子可能分布区间, 并进行了算例研究。结果表明, 当车辆参数的测量不确定度较小时, 基于桥梁在线振动响应的桥梁损伤识别灵敏度方法仍然是可行的;车体质量、一系竖向刚度和阻尼对识别结果影响较大, 而转向架和轮对质量、二系竖向刚度和阻尼对识别结果影响较小。     

基于小波总能量相对变化的结构损伤识别EI北大核心CSCD

桥梁结构损伤伴随着服役期的增加而逐渐加深,寻找合适的损伤识别方法则是桥梁工作者必须面对的问题。通过对测点处动态响应信号进行离散小波变换,并计算各测点处的小波总能量,以结构未损伤状态为基准,提出了一种基于小波总能量相对变化的损伤识别方法,并以一两端固支梁为例,进行了损伤识别应用及有限元模型验证,结果表明,提出的损伤识别指标能够准确判断损伤的存在和定位损伤,且对损伤程度具有敏感性,对噪音污染、小波种类和分解尺度数有鲁棒性,并能够根据加速度、速度和位移信号的分析处理进行损伤判定,可用于桥梁结构的损伤识别。     

平稳随机载荷的灵敏度分析识别方法EI北大核心CSCD

提出了一种基于灵敏度分析的平稳随机动载荷分段时域识别分析技术。将平稳随机动载荷样本分为若干小段,把每一小段内的平稳随机动载荷表示为正弦级数叠加的形式,通过灵敏度迭代分析来确定相应正弦级数的幅值,从而确定该时间段内结构所受的平稳随机动载荷。最后将各个时间段组合,即得到平稳随机动载荷样本的识别结果。试验结果表明,灵敏度分析识别方法能够很好地识别出作用在结构上的随机动载荷,并具有良好的抗噪性。     

由车激响应识别桥梁损伤的灵敏度方法

提出了由过桥汽车激励所产生的动力响应识别桥梁损伤的灵敏度方法。将桥梁等效为等长的欧拉梁单元,汽车等效为两自由度五参数模型,用桥梁损伤因子定义单元抗弯刚度的减小(即损伤的程度)。由损伤因子零向量的假设开始,桥梁损伤可以根据最小二乘法和正则化方法用测试得到的桥梁动力响应识别得到,在数值模拟中考虑了测试误差和路面不平顺的影响。算例表明,提出的识别方法理论正确,识别得到的结果可信,可以有效地、方便地识别桥梁的损伤。     

基于VMD和Chirplet变换的结构损伤识别研究EI北大核心CSCD

为识别结构损伤位置及对损伤程度进行量化,提出了一种基于变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)和Chirplet变换的结构损伤识别方法。采用VMD对结构振动响应信号进行分解得到模态分量,并利用Chirplet变换对模态分量进行时频分析,构建模态分量Chirplet变换能量指标识别损伤位置,利用Chirplet时频熵量化结构损伤程度。采用一个刚度变化的简支梁数值算例对所提方法进行验证,结果表明,无论单点损伤或多点损伤,所提方法均能准确识别结构的损伤位置并量化损伤程度。     

基于模态误差函数灵敏度分析的损伤识别方法

利用非完整的模态响应信息进行损伤识别,通常归结为一个基于模态参数匹配的优化问题,较多的待识别参数将导致优化反问题计算规模过大以及识别结果非唯一性等问题。本文提出了基于误差函数灵敏度分析的新的参数更新策略。该方法将少数优势单元参数的提取与单元参数参考值的改进结合起来,实现逐次扩增的参数分组过程,每一步所采用的优化反问题中,只求解较小规模的优化问题。基于所建立的参数识别方法,数值仿真结果显示所采用的模型更新方法可以有效处理稀疏的有噪音测试数据,具有较稳健的识别性能。     

利用曲率模态识别桥梁损伤的研究

针对在利用曲率模态识别桥梁损伤过程中遇到的一些问题,得出了适用于桥梁损伤识别的曲率振型计算公式;提出了曲率振型规范化处理方法,以便于识别结构损伤程度;对曲率零点处的变化量计算作了特殊处理,以避免此处引起的损伤识别干扰;并给出了传感器足够密集时的损伤程度估计公式,最后通过数值仿真验证了上述方法的有效性。     

基于参数灵敏度分析的吊杆索力识别

考虑目前钢管混凝土系杆拱桥吊杆的新型施工工艺及其复杂的锚固约束情况,以吊杆的索力值、抗弯刚度和计算长度作为未知参数,分析吊杆频率对各参数的敏感程度,基于参数灵敏度的迭代算法可同时计算出吊杆索力值,抗弯刚度和计算长度。运用该方法对4根不同参数的吊杆数值分析,结果表明该方法不仅有很高的精度,而且还适用于频率值受抗弯刚度影响较大的短吊杆。同时对一座钢管混凝土拱桥的吊杆进行测试分析,证明了该方法实用可行。     

Efficient force calculations based on continuum sensitivity analysis

Using continuum design sensitivity analysis (CDSA), in conjunction with the virtual work principle, equations have been derived for calculating forces without the need to solve the adjoint system. The resultant expressions are similar to the Maxwell stress tensor, but have the important advantage of the integration taking place on the surface of material rather than in the air outside. Implementation of the scheme leads to efficient calculations and improved accuracy.     

基于矩量法的移动荷载识别

从桥梁响应识别桥面移动荷载往往出现逆问题的病态（不适定性）等共性问题。本文基于移动荷载识别理论，借助矩量法求解积分方程理论并采用整域基函数——正交勒让德多项式表达桥面移动荷载，提出了一种移动荷载识别的时域改进算法。两轴车辆多种组合工况下的常载和时变荷载数值仿真研究表明：与时域法比较，改进时域法识别桥面移动荷载时，其识别精度高、抗噪能力强，识别结果不适定性有显著改善。     

基于灵敏度分析的结构动态载荷识别研究

对结构动态载荷反演问题进行深入研究,提出了一种基于灵敏度分析法的结构动态载荷识别时域分析技术。将结构输入动态载荷表示为一系列参数的形式,通过灵敏度迭代分析来确定相应的载荷参数,从而确定结构的动态输入载荷。在灵敏度迭代求解过程中,为减少响应测量噪声引起的影响,引入正则化求解技术来寻求满足工程要求的稳定近似解。最后提出的方法成功应用于正弦级数迭加形式的输入载荷识别,仿真结果表明灵敏度分析法在载荷识别中是有效的。     

噪声影响下基于改进损伤识别因子和遗传算法的结构损伤识别

提出了一种考虑噪声影响的基于改进损伤识别因子和遗传算法的结构损伤识别方法。首先,介绍了结构损伤识别的参数化思想,并提出了一种考虑不同模态信息和权重系数的损伤识别因子。然后,在选择算子、交叉算子、变异算子以及自适应交叉和变异等方面对遗传算法进行了改进,并在无噪声情况下,对一简支梁和连续梁进行了损伤识别,识别效果非常好,验证了方法的正确性和有效性。随后,分别考虑了随机噪声和高斯白噪声对简支梁进行损伤识别,发现该方法在噪声水平不是很高的情况下,识别效果很好。最后,在一钢框架基准有限元模型基础上,考虑了四种损伤工况进行了损伤识别,识别结果较好,该方法能够很好地应用于结构的损伤识别和健康监测。     

基于小波有限元的移动荷载识别

小波有限元桥梁模型以区间B样条小波尺度函数为插值函数,构造了小波有限元梁单元,并通过单元转换矩阵建立了小波空间与物理空间各参数之间的关系;代表车载的移动力则投影到小波空间,从而建立基于小波的车桥系统相互作用模型。采用动态规划技术与T ikhonov正则化方法识别移动力,避免了直接处理反问题时的两端振荡与数值计算病态解等问题。仿真算例表明,与传统有限元模型相比,在相同条件下,小波有限元模型以较少的单元,在相似的识别时间内可获得相似的移动力识别精度。     

基于Hilbert-Huang变换的梁结构损伤识别方法研究

提出了一种基于空间Hilbert-Huang变换进行损伤识别的方法。以工程中最常用的梁结构为对象,首先从理论上分析了损伤对梁结构动力学参数的影响,揭示了损伤所带来的模态奇异性特征;然后通过EMD自适应的分解模态信号,由Hilbert变换捕获其损伤特征频率的变化,有效的识别了损伤存在时位置和损伤程度。通过数值实验,验证了空间HHT变换方法在损伤识别中具有很高的频率分辨率,同时又具备较强的抗噪性能。     

基于时间序列分析的结构损伤识别

针对如何从结构响应信息中提取结构损伤指标的问题,提出了一种基于时间序列分析的结构损伤识别方法。对结构响应数据进行预处理,利用完好工况下的结构响应数据作为参考数据,建立自回归(Auto regression-AR)预测参考模型。利用已建立的AR预测参考模型计算待识别工况的残差,将待识别工况的残差与AR预测参考模型的残差的方差之比作为损伤指标,对结构损伤进行识别;通过算例表明:该损伤指标不仅可以判断结构是否发生损伤,而且可以识别结构的损伤位置。