基于统计矩理论和贝叶斯方法的框架结构损伤识别方法研究

基于统计矩理论,以融合位移四阶统计矩和加速度八阶统计矩作为损伤指标,结合贝叶斯混合采样算法,提出了仅通过单次采样即可进行框架结构损伤识别的方法。该方法将标准MH算法和Gibbs算法相结合,以正交设计试验为基础研究单次采样的最佳时长。通过改进的位移四阶统计矩和加速度八阶统计矩损伤指标,快速识别模型结构损伤位置,然后结合贝叶斯MH-Gibbs混合采样算法基于模型分析快速识别结构损伤程度。建立12层标准框架结构数值模型,在信噪比40、30 dB条件下,针对不同损伤识别方法进行识别效果及效率研究对比。通过已有振动台试验对该识别方法进行验证,结果表明：改进的位移四阶统计矩和加速度八阶统计矩损伤指标相较于采用单一加速度八阶统计矩损伤指标识别效果更精准,根据正交设计试验得到的单次采样最佳时长避免贝叶斯方法多次采样的局限性,因此该方法在识别结构损伤时收敛快耗时短,识别精度高且只需一次采样即可对框架结构进行损伤诊断。     

基于单元相对刚度系数的结构损伤识别研究

提出了一种基于单元相对刚度的结构损伤识别方法。该方法以结构刚度变化率为损伤指标,定义结构的相对刚度系数,利用特征方程,通过矩阵变换得到结构损伤指标的相对刚度系数表达式,采用快速傅里叶FFT与贝叶斯相结合的方法(Fast Bayesian FFT)识别结构的模态参数,计算相对刚度系数,进而得到结构的损伤指标,便同时得到结构的损伤程度和损伤位置。利用Simulink模拟结构响应,识别结构模态参数,计算损伤指标判断结构损伤。结果表明,基于单元相对刚度系数的方法能利用较少的模态参数,实现单损伤和多损伤的定位和损伤程度识别,具有一定的抗噪能力,且精度较高。     

基于ARCH模型残差偏移距离的#br# 非线性损伤检测和试验研究

为了解决空间钢架结构非线性损伤的识别问题，提出了一种基于自回归条件异方差(auto regressive conditional heteroskedastic，ARCH)模型残差偏移距离的损伤识别方法。文章首先描述ARCH模型的基本理论，并给出了ARCH模型建模的定阶方法和模型参数的估计方法；接着分析结构非线性损伤的特性；然后，考虑到传统的非线性识别指标难以运用到空间钢架结构，提出基于ARCH模型的欧氏距离指标和改进的残差偏移距离指标识别钢结构损伤位置。最后，使用一个8层剪切结构数值模拟验证了2个损伤指标的有效性，并且将文章提出的指标运用于输电塔钢架模型的非线性损伤识别试验中。模拟和试验结果表明，传统的非线性损伤识别指标难以直接运用于钢架的损伤识别，而建议的欧氏距离指标和残差偏移距离指标可以较好地识别出钢架结构的非线性损伤。     

类COMAC指标在桥梁损伤识别中的应用研究

为了研究桥梁结构损伤并探索损伤识别指标,提出基于应变频响函数的参数COMACsfrf作为损伤识别指标。在此基础上采用有限元方法,以一简支板为仿真算例,以结构模型的单元刚度衰减来模拟损伤。结果表明:CO-MACsfrf对损伤的敏感程度高于由振型、应变等推演出的特征指标;该方法可用于结构损伤定位以及定性评价多处损伤。     

基于摄动法的随机梁式结构静力损伤识别

提出了一种基于摄动法的随机梁式结构静力损伤识别方法。考虑初始模型的不确定性和测量误差不确定性建立随机控制方程。通过一阶摄动方法对随机控制方程求解关于随机损伤因子的统计特性,接着引入失效概率来识别结构损伤。对简支梁进行数值模拟,结果表明该方法可以准确定位损伤位置,同时可以精准定量损伤程度。     

基于响应面模型修正的桥梁结构损伤识别方法

及时、准确地发现桥梁结构的早期损伤,避免桥梁结构的突然破坏或倒塌,无疑具有重要的理论意义和重大的社会经济效益。文章提出基于响应面模型修正技术和单元模态应变能损伤指标的结构损伤识别方法,通过简支梁室内模型试验来检验方法的有效性,进而以下白石大桥为背景,通过数值模拟方法基于响应面模型修正和单元模态应变能指标进行下白石大桥支座损伤识别。结果表明:单元模态应变能损伤指标对开裂损伤和支座损伤具有较好的敏感性,可识别出多损伤位置和损伤程度,具有应用到实际工程结构进行损伤识别的潜力。     

基于应变频响函数曲率的结构损伤识别

为了研究结构损伤并探索其损伤识别指标,基于多自由度体系频响函数,提出了以应变频响函数（SFRF）曲率作为损伤识别参数的结构损伤识别方法,并提出了结构损伤识别指标——SFRF曲率比。在此基础上采用有限元方法,进行了简支板单一损伤、多处损伤等多种工况的算例分析。结果表明：SFRF曲率比对损伤的敏感程度高于由振型、应变、频响函数（FRF）等推演出的特征指标;该方法可用于结构损伤定位以及定性评价多处损伤。     

基于不完整频响函数的结构损伤识别方法

对土木工程结构的分析模型,在传感器不完整布置的情况下,推导基于不完整频响函数的"定性—定位—定量"的损伤识别方法。首先,利用不完备的频响函数图形的偏移程度进行损伤的定性判定;然后,建立损伤识别指标对损伤位置进行识别;最后,推导损伤定量计算方法,对损伤程度进行评估。仿真结果表明,本文提出损伤识别3阶段方法,对结构损伤探测的评估能得到比较满意的结果。     

基于斜率模态的统一化损伤识别指标研究

提出了一种基于规则结构第一阶频率斜率模态的梁式结构损伤定位与程度识别方法.分析比较了第一阶位移模态及其斜率模态对于结构系统参数的敏感性.结合有限元模型,形成一系列以斜率模态为基础得到的统一化损伤识别指标(UDI),以该指标表现出的损伤状态在不同损伤工况下对于任意楼层损伤程度都具有稳定性,这样就避免了大型损伤特征矩阵的计算.使用UDI指标对一剪切型梁在单损伤与几种多损伤工况下进行了损伤识别与定位,并且分析实际结构与数值模型系统参数存在误差的情况下的识别效果.还考虑了减少测点布置后的损伤识别效果,且对识别误差的原因进行了分析.研究结果表明:基于第一频率斜率模态的UDI指标在具有近似数值模型的条件下,能够确定损伤位置并且可以较精确地估计损伤程度,而且识别速度快.     

资料索引

基于位置和程度指标的结构损伤识别研究为提高结构损伤识别的精度,提出基于动、静态数据融合的位置指标和完全基于频率的位置指标,并采用学习速率自适应调整的新型BP神经网络学习算法,其特点是在网络迭代过程中根据网络学习误差来调整学习速率的取值。该方法有效地克服了传统BP网络学习过程中容易陷入局部极小和收敛速度慢、学习效率不高的缺点,进一步讨沦了参数输入方式对网络识别效果的影响,并分别采用两步诊断法和一步诊断法进行损伤识别。结果显示,两步诊断法对损伤位置和程度的识别正确率较高,而一步诊断法识别效果却不令人十分满意;…     

基于模态灵敏度分析的框架结构损伤识别:灵敏度分析

结构损伤识别是开发结构安全监测系统中的一个重要课题。由于结构频率容易测试并且有较高的测量精度,因此成为损伤识别中广泛应用的模态参数。基于模态频率的灵敏度分析,提出了一种基于结构损伤前后频率变化测量的损伤参数识别方法,用于确定结构的损伤位置和损伤程度。     

Spectral element modeling based structure piezoelectric impedance computation and damage identification

This paper presents a numerical simulation study on electromechanical impedance technique for structural damage identification. The basic principle of impedance based damage detection is structural impedance will vary with the occurrence and development of structural damage, which can be measured from electromechanical admittance curves acquired from PZT patches. Therefore, structure damage can be identified from the electromechanical admittance measurements. In this study, a model based method that can identify both location and severity of structural damage through the minimization of the deviations between structural impedance curves and numerically computed response is developed. The numerical model is set up using the spectral element method, which is promised to be of high numerical efficiency and computational accuracy in the high frequency range. An optimization procedure is then formulated to estimate the property change of structural elements from the electric admittance measurement of PZT patches. A case study on a pin-pin bar is conducted to investigate the feasibility of the proposed method. The results show that the presented method can accurately identify bar damage location and severity even when the measurements are polluted by 5% noise.     

Damage identification in connections of moment frames using time domain responses and an optimization method

Damage is defined as changes to the material and/or geometric properties of a structural system, comprising changes to the boundary conditions and system connectivity, adversely affecting the system’s performance. Inspecting the elements of structures, particularly critical components, is vital to evaluate the structural lifespan and safety. In this study, an optimization-based method for joint damage identification of moment frames using the time-domain responses is introduced. The beam-to-column connection in a metallic moment frame structure is modeled by a zero-length rotational spring at both ends of the beam element. For each connection, an end-fixity factor is specified, which changes between 0 and 1. Then, the problem of joint damage identification is converted to a standard optimization problem. An objective function is defined using the nodal point accelerations extracted from the damaged structure and an analytical model of the structure in which the nodal accelerations are obtained using the Newmark procedure. The optimization problem is solved by an improved differential evolution algorithm (IDEA) for identifying the location and severity of the damage. To assess the capability of the proposed method, two numerical examples via different damage scenarios are considered. Then, a comparison between the proposed method and the existing damage identification method is provided. The outcomes reveal the high efficiency of the proposed method for finding the severity and location of joint damage considering noise effects.     

框架结构震后损伤的精确定位

基于频率易测且精度较高的特点,提出了框架结构损伤诊断的三步法。首先确定损伤杆件:把频率看作损伤参数的函数,以结构的每根杆件为一个单元,通过测量结构损伤前后频率的变化,构造以损伤参数为未知量的线性方程组,求解得到受损的构件。其次,把受损杆件划分成若干单元,再次构建方程组并求解,确定出损伤的具体位置和程度。最后,采用数理统计的方法,解决了由于测量误差影响诊断精度的问题。通过对一个2层框架结构进行数值模拟分析,表明其损伤识别效果较好。     

免疫遗传算法在结构损伤识别中的应用与改进

为了解决结构的多损伤识别问题,提出了基于免疫遗传算法和贝叶斯融合理论的二阶段识别方法。首先将结构的应变能和频率数据作为两种具有互补性质的信息源,通过采用贝叶斯融合理论来初步确定结构的损伤位置,然后通过免疫遗传算法来精确确定结构的损伤位置和程度。考虑到基本免疫遗传算法的搜索效率仍不太高,故提出了疫苗培养、以及双终止条件等改进策略。数值计算结果表明,论文提出的二阶段方法可以有效的识别出结构的损伤位置和程度,而所建议的改进免疫遗传算法明显优于基本免疫遗传算法和简单遗传算法。     

桁架结构损伤识别的数据融合方法研究

以数据融合技术进行桁架结构的单损伤和多损伤识别。通过研究基于频率的结构损伤理论,分析归一化的频率和损伤位置的关系;利用小波概率神经网络的算法对决策融合进行修正,建立基于小波概率神经网络的数据融合结构损伤识别模型。运用结构计算软件计算了一典型桁架结构的频率,并融合为小波概率神经网络算法的输入特征向量,并对桁架算例模型结构进行损伤识别。通过桁架不同位置的损伤情况,验证该方法的有效性,并提出工程应用中应注意的问题。研究结果表明,基于小波概率神经网络算法的数据融合技术是一种比较可靠的损伤识别方法,具有良好的工程应用前景。     

Multi-source information fusion applied to structural damage diagnosis

This study aims to import multi-source information fusion (MSIF) into structural damage diagnosis to improve its validity. Two structural damage identification methods based on MSIF are put forward, one of which is to fuse two or more structural damage detection methods by MSIF and another of which is the improved modal strain energy method by multi-mode information processing based on MSIF. Through a concrete plate experiment it is proved that, if two methods are integrated by character-level information fusion, structural initial damages can be more accurately identified than by a single method. In a simulation of a concrete box beam bridge, it is indicated that the improved modal strain energy method has a nice sensitivity to structural initial damages and a favorable robusticity to noise. These two structural damage diagnosis methods based on MSIF have good effects on structural damage identification and good practicability to actual structures.     

基于时-频域信息的结构系统识别方法研究

结构响应的时域、频域信息均可用来对结构模型进行修正。该文提出频域信息与时域信息相结合的方法,对结构参数以及荷载进行评估。首先,从结构测量加速度信息中提取结构的频域特性,对结构模型进行较为粗略的修正,优化结构模型的振型、频率,使其与测量信息一致。其次,利用时域信息,在状态空间对结构运动微分方程进行零阶离散化,采用正则化方法对模型进行荷载识别,同时基于约束优化方法对结构模型参数进行进一步修正。应用模型缩聚方法,保证计算精度的情况下减少结构模型参数修正和荷载识别的计算量。在数值仿真计算中,基于框架结构的不完备地震时程响应记录,对结构损伤状况进行评估。结果证明,即使在有噪声的情况下,该文提出的结构状态方法依然能够很好地识别结构损伤程度、位置。最后,通过14层加层隔震剪力墙结构的振动台试验进一步验证该文提出的结构参数与荷载识别方法。     

基于结构动力参数的RBF损伤辨识方法

本文研究了基于不同结构动力参数的径向基网络损伤辨识方法,并结合简支梁损伤辨识进行了应用.研究发现:(1)径向基网络的输入参数选择对结果有较大影响;(2)使用模态曲率变化作为输入参数的网络辨识效果优于采用频率变化率的辨识效果;(3)综合使用频率变化率和模态曲率变化的网络辨识效果优于单独使用频率变化率或模态曲率的效果.结果...