基于物理参数贝叶斯更新的桥梁剩余强度估计研究

考虑系统参数的随机性,将基于广义卡尔曼滤波的子结构法与贝叶斯更新方法相结合,提出了桥梁结构基于贝叶斯更新物理参数的剩余强度估计两步法:第一步,将子结构法与广义卡尔曼滤波算法相结合,成功识别出子结构及其相邻单元的物理参数;第二步,视识别出的结构物理参数为更新信息,对以蒙特卡罗仿真实验结果作为先验分布的参数进行贝叶斯更新并分别基于蒙特卡罗仿真参数和贝叶斯更新物理参数对结构进行了剩余强度估计。数值算例表明:基于贝叶斯更新物理参数估计得到的结构剩余强度明显低于基于蒙特卡罗仿真参数估计得到的结构剩余强度。该方法为测量响应信息不完备条件以及小样本抽样情况下桥梁结构剩余强度估计提供了一个较好的解决思路。     

局部集中质量接触单元法在梁式桥梁体与桥台碰撞问题模拟中的应用

近年来,模拟碰撞问题的接触单元法已经广泛运用于桥梁碰撞问题当中。其中集中参数接触单元法把碰撞两物体各自简化成质点,无法表达出碰撞应力波的传播现象;另一类Watanabe和Kawashima接触单元法,其碰撞单元的刚度是一种仅为满足精确模拟碰撞过程而采用的虚拟刚度,并无物理意义。针对梁式桥梁体与桥台的碰撞问题,该文首先提出一种新的碰撞问题模拟方法—局部集中质量接触单元法,然后详细地介绍了其在梁式桥梁体与桥台碰撞问题模拟中的应用,并通过试验验证了该方法模拟梁体与桥台碰撞的合理性。最后将该方法与两种接触单元法进行了比较,说明了该方法在模拟梁体与桥台碰撞问题中的优势。     

用局部点振动数据重构系统物理参数

本文提出用系统的局部振动测量来识别其物理参数的一种方法。文章首先运用微分方程的算子解法，将描述结构振动的动力学方程转化为由测量点信号表示的输入输出系统参数模型，并建立该模型参数─—系统参数与物理参数间的对应关系，然后运用系统辨识技术识别出该系统参数，最后利用系统参数与物理参数间的映射关系，反推出待识别系统的物理参数。     

基于频率变化识别结构损伤的摄动有限元方法

在结构有限元计算模型中定义了单元的损伤识别参数,将摄动理论与振动理论相结合导出结构振动特征值的一、二阶摄动方程,并由此建立了结构的一、二次损伤识别方程,给出了两种方程在欠定情况下求解损伤识别参数的优化算法。该方法仅使用在役结构固有频率测量值就能识别出结构的损伤位置和损伤程度,以及结构的老化程度,避免了使用模态振型识别结构损伤,因测量精度不高或自由度不足带来的误差。通过一座连续梁桥损伤识别的数值仿真结果,证明了该方法的有效性和实用性。该方法可用于大型结构的损伤识别或健康监测。     

基于响应灵敏度分析的桥梁结构损伤和车辆参数的识别

基于响应灵敏度分析利用车-桥耦合系统的加速度响应进行桥梁结构的局部损伤和车辆参数识别。在正问题中建立了连续桥梁结构和车辆耦合系统的有限元模型,利用Newmark直接积分法求出在移动车载作用下系统的动态响应,并进一步推导出动态响应对系统物理参数的时域响应灵敏度。在反问题中利用该响应灵敏度矩阵进行系统的有限元模型修正,识别出桥梁的局部损伤和车辆参数,讨论了人工噪声对识别结果的影响。算例表明该方法具有精度高、对测量噪声不敏感等特点。     

大型桥梁模态参数识别的一种方法

提出一种综合运用经验模态分解(EMD)与随机减量技术(RDT)来识别大型桥梁模态参数的方法。首先利用EMD将桥梁在环境激励下的非平稳响应分解成一系列准平稳的本征模函数(IMF)分量,然后用RDT从中提取自由衰减响应,最后将该自由响应表达为一般解析形式,综合运用参数识别理论、最优估计理论识别出桥梁结构的多阶模态参数。利用南京长江大桥实测动力响应识别该桥的模态参数,并将识别结果与有限元分析结果及有关实测值进行比较,表明该方法具有很好的识别精度,适用于大型桥梁的模态参数识别。     

部分观测下基于子结构的大型结构损伤诊断法

该文提出一种适用于大型结构在激励与响应部分观测情况下进行结构损伤诊断的方法。基于有限元模型,大型结构被划分成若干个子结构。相邻子结构间的作用,视为对子结构的“附加未知激励”。依次采用扩展卡尔曼估计和最小二乘估计识别扩展状态向量和未知外部激励,在子结构界面响应未观测的情况下,对各子结构的单元动力参数分别进行识别,并以追踪子结构内单元结构参数的变化,例如单元刚度的退化,对大型结构的局部损伤进行诊断。通过一个较大型的平面桁架桥的损伤识别数值算例,证实了该方法的可行性。与其他方法相比,提出的方法减少了对结构响应观测的要求。     

基于反应力向量灵敏度的模型参数化方法

模型参数化是建立识别方程的关键。本文在虚拟结构向量转换方法的基础上提出了“基于反应力向量灵敏度的模型参数化方法”。该方法首先将反应力向量对单元物理参数作一阶展开，对线性参数系统来说，即为反应力向量灵敏度与单元物理参数的乘积，其次，在线性参数系统的假定下，对一个单元中包含多个单元物理参数的情况提出了一个简便的求反应力向量灵敏度的算法，利用该方法可直接由常规的有限元代码获得反应力向量灵敏度矩阵，而无需仿制专门的有限元代码集成分析代码，文中通过算例阐述了该方法的应用。     

基于静动力凝聚及扩展卡尔曼滤波的连续梁桥损伤识别

以卡尔曼滤波算法为代表的物理参数识别方法在结构损伤识别方面得到广泛应用,但限于状态方程的复杂性,大部分应用集中在具有平动自由度的剪切型建筑结构模型,且一般需要较完备的激励和响应信息。利用静力凝聚方法消去转动自由度以建立力学模型,并提出考虑Rayleigh阻尼的动力凝聚方法,实现了较复杂连续梁桥有限元模型的等效简化。针对桥梁检测及健康监测需求,提出了利用锤击产生自由振动的激励方式进行连续梁桥扩展卡尔曼滤波在线损伤识别方法,从而克服了传统方法需要复杂激励信号的不足。以一座三跨连续梁桥为例进行了仿真分析,识别出了不同位置的刚度和阻尼物理参数,参数识别结果具有较高精度和抗噪性,收敛速度快,证明该方法有效可行。     

基于应用程序交互访问技术的桥梁有限元模型修正研究

传统的有限元模型修正方法对于具有复杂多自由体系的大型桥梁结构显得束手无策,其中一个重要的原因是大型桥梁结构体系很难用有限元编程精确地表达,难以建立完整的或者缩聚的质量矩阵和刚度矩阵。该文开发了基于应用程序交互访问的有限元模型修正模式,首先在Strand7软件中建立初始的有限元模型,然后利用MATLAB建立迭代程序并调用Strand7软件,通过读写Strand7中的物理参数来更新模型,实现了大型桥梁结构有限元模型修正。该文对一座实桥进行多参考点脉冲锤击法模态试验和静载试验,基于获得的静动力试验数据和Strand7有限元模型分析结果,引入损伤函数的概念识别得到了该桥各梁的分段刚度,成功地实现了单元层次的参数识别。     

基于虚拟单元的模态综合法

针对实验模态综合法中存在的界面对接信息不足问题,提出了具有高刚度低质量特性的虚拟单元概念,给出了其数学意义上的存在性条件,并通过参数优化方法得到了力学意义上的虚拟单元.引入虚拟单元以后,基于定频剩余动柔度的概念给出了实验模型和有限元模型的混合建模方法.数值计算表明,经过参数优化以后的虚拟单元可用于实验模态综合,综合的精度较传统的模态综合法有所下降,然而虚拟单元的意义在于给子结构之间提供更多的对接信息,有助于增加实验模态综合的可靠性.     

两节点曲线索单元精细分析的非线性有限元法

从UL列式的虚功增量方程出发,引入索的基本假定,推导出了两节点曲线索单元切线刚度矩阵的显式;同时根据索的特性还导出了精确计算索单元索端力的表达式,从而建立起了一套完整的对拉索进行精细分析的非线性有限元法。应用本文方法,可进行大跨度悬索桥、斜拉桥以及张拉结构等的非线性有限元分析计算。算例结果表明,本文方法是精确有效的。     

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。     

基于测试频响函数的结构连接参数识别方法

构造了半刚性结构连接单元，并应用于结构连接参数识别的模型中。利用子结构法建立的组合结构有限元模型和不完备的组合结构的测试频响函数，导出了连接子结构参数识别方法。提出了基于子矩阵因子法求解变量系数矩阵的通用方法。并将参数识别归结为求解非线性最小二乘问题，应用信赖域法克服了最小二乘求解初值选取范围过小的问题。最后利用仿真算例对上述方法进行了验证，结果表明该方法可行且具有一定的实用性。     

基于子空间法与子结构法时变结构连接处的物理参数在线辨识

结构系统连接处的物理参数对于系统建模具有极其重要的影响,如何准确合理地辨识出结构系统连接处的物理参数一直是人们研究的热点,也一个存在相当大难度的问题。一般利用传统的子结构法进行参数辨识,还仅局限于针对非运动状态下系统结构连接处的物理参数识别问题。文中在传统子结构法的基础上,提出一种计算结构系统在运动状态下连接处时变物理参数在线辨识方法,这种方法分两步对系统进行辨识。首先利用子空间法实时辨识出时变结构系统的特征值与特征向量,然后利用辨识出的特征值与特征向量以子结构法为基础在线辨识出连接处的物理参数。通过改变子空间法的Hankel矩阵的分解方法提高计算速度。文中仅用响应数据形成子空间法的脉冲响应矩阵。通过仿真分析验证方法的有效性。     

基于小波有限元法的连续梁移动荷载识别

将待识别车载简化为移动荷载投影到小波空间;车载所作用的连续梁模型以小波尺度函数为插值函数,以小波有限元法为建模方法,并通过单元转换矩阵实现了小波空间向物理空间的变换;采用部分加速度信号作为测得动响应数据,据此积分求出速度与位移响应并用于识别移动荷载。识别方法则借助了动态规划法与正则化法,避免了时程分析中的振荡现象。仿真算例验证了小波有限元用于连续梁模型移动荷载识别的可行性,且单元数较少;识别过程中所用一阶Tikhonov正则化法具有平滑去噪能力。     

基于经验模态分解和模型缩聚的动力响应重构方法研究

大型工程结构自由度数量巨大,采用现有基于全局有限元模型的时域方法重构此类结构动力响应效率低、计算难度大,因此,提出一种结合经验模态分解和模型缩聚的动力响应重构方法.基于模态综合法,将有限元全模型适当划分为多个子结构,通过坐标转换,得到自由度数目更少的超单元模型,结合带有间歇准则的经验模态分解法进行重构.由于该方法无需考...     

基于PVM的网络并行子结构共轭梯度法

网络并行环境是近年来国际上并行环境的一个重要方向,ＰＶＭ是当前最流行的支持异构或同构型网络并行计算的软件平台之一。本文采用子结构共轭梯度法研究了基于ＰＶＭ的网络并行有限元,该方法将有限元网格划分为ｎ个子结构,再将ｎ个子结构的数据分送给网上ｎ台可用微机,ｎ台微机并行形成和组集ｎ个子结构的劲度矩阵和荷载列阵,然后采用预条件共轭梯度法并行求解结点位移,最后ｎ台微机并行对ｎ个子结构进行应变和应力分析。该方法不需形成结构的总体劲度矩阵和荷载列阵,可同时迭代求出所有结点位移,且比一般的迭代法收敛要快。算例表明此种并行子结构共轭梯度法在网络上能获得较高的并行加速比。