结构损伤识别的耦合神经网络方法

目的 基于误差传播算法的BPNN和基于自适应共振理论的ART神经网络，提出一种耦合神经网络的三级识别模型，以实现对结构损伤的自主识别，方法 采用分步识别的思想，利用ART神经网络首先识别出有损伤的层，然后用遗传算法搜索最佳的BP神经网络结构来分别识别结构损伤的具体位置和损伤程度．结果 通过对结构健康监测基准问题的计算表明。提出的耦合神经网络的识别模型能够自主识别结构损伤的发生，正确识别结构损伤的具体位置和损伤程度．结论 基于误差传播算法的BPNN和基于自适应共振理论的ART神经网络组成的耦合神经网络识别模型具有自主识别结构损伤发生的能力。且识别速度快，能够正确识别结构损伤发生的具体位置和损伤程度．适宜于在线监测。     

采用有效信号段自提取算法识别结构多损伤位置

为识别结构中的多处损伤,提出了一种采用有效Lamb波信号段自提取算法计算结构损伤指标的多损伤识别成像方法.该方法将结构的待检测区域划分为数个子区域,并根据Lamb波的传播时间和波速从传感器接收到的信号中自动提取出包含结构信息的有效信号.以该有效信号作为输入,计算每个子区域中基于信号相关系数所获得的损伤指标,最后采用RAPID算法对全部识别区域内的损伤位置进行识别和成像.以航空铝板为研究对象进行了实验验证研究,结果表明,该方法能快速有效地识别出多个损伤,并较为准确地实现损伤成像以描述损伤的位置.     

基于WPT-SVD和GA-BPNN的混凝土结构损伤识别

针对基于压电波动法检测混凝土结构损伤离散性大的问题,提出基于小波包-奇异值分解(WPT-SVD)和遗传算法优化的BP神经网络(GA-BPNN)模型的损伤识别方法.该方法深度挖掘结构开裂损伤信号时频域变化特征,构建信号特征与损伤的对应关系,可以有效地识别结构损伤位置和程度.在混凝土结构表面粘贴压电传感器测得损伤信号,对损伤信号进行WPT分解,以获得多维时频矩阵.采用SVD对不同损伤状态下的时频矩阵进行降维,构建具有较高损伤敏感性的特征向量.建立具有自适应学习能力的GA-BPNN,实现结构的损伤识别.试验验证表明,压电信号奇异值可以作为损伤特征参量,主要频段的奇异值随着损伤的发展而下降,归一化奇异值向量距与损伤情况呈现3阶段对应关系. GA-BPNN较BPNN能够更好地表征信号特征与损伤间的关联性,识别结果更加稳定且精确度高,结构损伤位置和程度的识别精确度分别达到95.19%和94.47%.     

基于轴向振型差变化率的空间刚架结构损伤研究

通过结构动态特性参数对损伤位置和损伤程度的敏感性分析,提出以轴向振型差变化率为标示量的空间刚架损伤识别方法。应用ANSYS建立了空间刚架结构无损伤和有损伤的有限元模型,选取轴向振型差变化率作为损伤标示量进行结构损伤识别。结果表明：一阶轴向振型差变化率不但能很好地对单一或多个损伤的损伤位置进行识别,而且可以初步识别损伤程度。将此方法应用到实验刚架模型中,实现了对刚架损伤位置的识别。轴向振型差变化率具有敏感性高、回避空间振动方向性、减少工作量等优点,是一种较理想的空间刚架损伤标示量。     

基于静力位移及频率的结构损伤识别神经网络方法

模型误差、量测噪声及量测数据不完整等因素是制约结构损伤识别技术应用的主要难点.为此,利用结构部分节点静力位移以及前几阶固有频率构造出神经网络合适的输入参数形式.采用改进动量BP神经网络算法对一五榀桁架结构进行了损伤识别数值模拟研究.识别结果表明,在一定水平噪声及量测数据不完备条件下,网络仍有较好的识别损伤位置及程度能力.     

基于神经网络的空间桁架结构损伤三重识别

以一72杆空间钢桁架为例进行桁架结构损伤三重识别．考虑单损伤工况与双损伤工况,通过ANSYS软件建模得到结构在无损与损伤工况下的固有频率,运用神经网络进行结构损伤定位与损伤程度确定．首先识别损伤层,然后识别损伤层中的损伤杆件,最后识别损伤杆件的损伤程度．结果表明该方法用于桁架结构损伤识别是可行的．     

基于应变模态变化率的弯曲薄板结构损伤研究

以应变模态变化率作为识别参数,以弯曲薄板为研究对象,采用改变单元厚度的方法模拟结构损伤,应用有限元对结构进行模态分析和瞬态分析.模态分析获取板结构应变模态,以对称位置应变模态变化率的改变确定损伤,以改变值的差值大小判断损伤程度;瞬态分析以单元处应变模态变化率突变值,作为损伤定位和损伤程度判断.结果表明:应变模态改变率对于结构的损伤的敏感性强,易于定位.在此基础上给出了通过模态变化率直方图进行损伤识别定位的新方法,与应变模态的损伤识别方法比较表明验证该方法是有效的.     

用神经网络方法识别结构损伤的研究

首先提供了结构损伤前后固有频率的变化包含了损伤位置的程度信息，研究了利用动态响应和神经网络技术进行结构参数识别的方法，并确定了结构损伤的位置与程度，建立了一个BP网络结构损识别模型，计算结果表明，该BP网络能准确实现结构损伤判别与定位，说明该方法有效，可靠。     

基于不完全测量的结构损伤识别研究

自适应序贯非线性最小二乘法是一种新型的损伤识别方法.为了减少结构中传感器的数量,将有限元模型缩聚理论与自适应序贯非线性最小二乘法相结合,用于结构的损伤识别——基于缩聚模型的自适应序贯非线性最小二乘法.为了验证该方法的有效性,对一悬臂梁结构进行了试验研究,研究中考虑了白噪声、正弦、和EL-Centro地震波三种激励下的六种工况.研究结果表明,基于缩聚模型的自适应序贯非线性最小二乘法是一种有效的结构损伤识别方法,根据该方法,只需要使用少量的传感器即可准确地识别出结构中损伤的发生时刻、损伤的程度和位置.     

基于模糊理论的结构损伤模式识别

提出一种分步识别结构损伤模式的方法,首先根据结构损伤识别的特点,利用小波包分解原理,获得基于响应信号能量的损伤特征向量,然后利用神经网络确定损伤模糊集隶属度函数,通过模糊模式识别方法对结构损伤模式进行识别,最后对桥梁Benchmark模型进行试验验证.结果表明,该方法能较准确地识别结构的损伤模式,在工程应用中具有一定的实用价值.     

基于损伤的高型布置变电构架体系可靠性分析

根据裂缝、腐蚀等常见结构损伤的特点,将它们看作结构单元截面性质的变化进行分析计算,建立了均匀损伤和不均匀损伤的分析计算模型,编制了基于损伤的空间构架有限元计算程序,并应用于某受损变电构架的可靠性分析,给出了符合实际的结构可靠性鉴定结论.     

舰体宏观破损后的挠度计算

舰体在遭受武器命中后宏观破损挠度计算是舰船生命力研究的一部分,本文运用非称梁弯曲理论建立破损挠度模型,按照弹性理论,以结构学的方法,根据破损部位的不同,在同破损强度比较条件下,分别对舰体在水线以上以损和在水线以下破损的舰体强度进行计算,并通过实例得到预想的结果,可为深入研究舰体破损后的生命力提供借鉴。     

钢桁架桥健康诊断基准研究

近些年来,结构健康诊断和损伤识别已经成为土木工程领域重要的研究课题,如何确定结构中损伤的位置是关键所在.现有的损伤探测方法是利用从结构上收集到的振动信号识别相应的结构状态参数,然后用这些参数与完好结构的相应参数进行比较,也就是说他们选择的健康基准是完好结构的相应参数.但是完好结构的资料我们通常很难得到,而本文定义并建立的结构健康基准不需要结构的原始信息就能对结构进行损伤定位,并以钢桁架模型为试验对象进行了验证.     

基于模态参数指标的空心板梁桥铰缝损伤对比研究

模态参数反映结构动力特性,基于模态参数的损伤指标能反映结构动力特性的变化,可用于桥梁结构损伤识别。以模态参数构成的损伤指标众多,每个损伤指标通过自身的变化来识别损伤,但难以用统一标准对不同损伤指标的识别效果进行量化对比。针对空心板梁桥的铰缝损伤,提出一致性量化指标,从数据层面定量描述指标的损伤指示效果,便于各类损伤指标的对比和应用。首先根据模态参数损伤指标,构造一致性量化指标,定量描述不同损伤指标的识别效果;然后建立空心板梁桥及其铰缝损伤的有限元实体模型,模拟3种不同铰缝位置处的损伤工况,对每处损伤分别设置6种不同损伤程度;最后应用一致性量化指标对比各损伤指标的识别性能,总结不同工况下各损伤指标识别效果的变化规律。分析表明,一致性量化指标能够在不同工况下定量描述不同损伤指标的识别效果。     

6135柴油机曲轴损坏机理及修复技术

曲轴是柴油机中技术要求高,造价较昂贵的部件之一,由于其工作中承受较大的周期性的交变栽荷,故容易损坏．分析了6135型柴油机曲轴损坏机理,并结合实际工作经验总结了针对不同缺陷的修复方法．     

汶川地震中房屋震害分析与震损房屋抗震加固

为了获得2008年汶川8级强震后相关地区房屋结构震损水平,提出合理的震损房屋抗震加固方法,进行了震损调查与分析．发现震区钢筋混凝土结构房屋主要震损形式为柱压溃、节点失效、强梁弱柱、围护墙及隔墙破坏等;砖砌体结构房屋及底部框架-抗震墙房屋主要震损形式为砖砌体墙的剪切破坏．基于震害分析,提出着重强化震损部位和易损部位抗力水平和着力强化房屋整体牢固性的震损房屋抗震加固思路,完成了震区200余栋震损房屋抗震加固设计与施工．     

舰艇破损剩余强度反分析研究

基于塑性理论，提出了一个新的校核舰艇剩余强度的方法。以激光炸弹、反舰导弹和鱼雷为典型攻击武器。在破口大小和位置给定的情况下，根据破损部位的不同，分别对舰艇主船体结构在水线以上破损和在水线以下破损后的舰体剩余强度进行计算。考虑在多发不同武器命中的情况，计算了对应武器若干发命中后的损伤后果。通过反分析方法分析了船体梁的剩余强度，依据极限承载能力提出了判别船体梁是否失效的依据，并给出了结构失效时所需的破损条件和对应武器命中发数。     

结构的鲁棒性、冗余度和易损性

为进一步完善结构的鲁棒性、冗余度和易损性相关分析方法,更加准确地获取土木结构的抗力与外力关系,进而优化补强其薄弱易损部位,以减少结构因抗力不足而引发的损伤甚至是安全事故及其所造成的损失.通过综述结构的鲁棒性、冗余度和易损性分析研究进展,类比不同评价指标的表达形式,从而指出结构的鲁棒性、冗余度和易损性分析的本质含义,提出结构的鲁棒性、冗余度和易损性分析应变能评价指标,并据此对结构的鲁棒性、冗余度和易损性分析之间的关系以及基本影响因素展开研究.结果表明:结构的鲁棒性、冗余度和易损性源于不同时期、不同领域,已有文献大多是基于对其含义的不同程度理解,其评价指标也大多具有主观性、相互关联且计算较为复杂,也尚未提出可广泛接受的分析方法;结构的鲁棒性、冗余度和易损性本质均是反映结构特别是损伤结构抵抗外力作用的能力,其中结构鲁棒性、冗余度侧重结构在外力作用下安全储备或剩余容许能力,结构易损性则更直观反映了结构在外力作用下的破坏程度;结构的鲁棒性、冗余度评价指标具有相似的表达形式,并与易损性呈反比例变化;可通过提高结构构件的材料强度及截面尺寸、增加杆端约束、优化荷载路径等措施增强和提高结构的鲁棒性、冗余度,即降低结构的易损性,进而减少结构损伤甚至是安全事故及其所造成的损失.     

基于机电阻抗与超声导波技术的复合材料梁损伤定位

运用机电阻抗与超声导波技术,结合数据融合算法,实现了复合材料梁结构的损伤定位研究.首先,利用2种方法各自的损伤监测特点,提出了一种综合损伤指数的数据融合算法,用于表征结构的变化情况;其次,运用2种方法单独进行损伤评估,均可以实现损伤在较大范围内的定位,但定位不准确;最后,运用综合损伤指数对结构损伤进行表征.结果表明:这种通过数据融合得到的综合损伤指数能较为准确地识别缺陷所在位置,实现了损伤的定位评估.