有限观测下的结构损伤实时在线诊断

根据有限观测的结构动力响应,实时对结构发生损伤的时间、位置与损伤程度进行诊断,是目前土木工程健康监测的一个重要的任务。提出一种在对结构加速度部分观测的情况下,对结构刚度发生突变的结构损伤形式进行实时的追踪和诊断的算法。该算法的主要思想是首先基于扩展卡尔曼滤波识别结构刚度参数,然后通过观测加速度和计算预测的加速度误差平方和,对结构刚度发生突变时刻进行判断,再通过优化突变时的结构的刚度参数变化,对损伤位置与损伤程度进行识别。数值模拟和实验的结果都表明了,该方法能够有效地追踪时变参数,并实时诊断出损伤发生的时间、位置和程度。     

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。     

高g值加速度传感器激光绝对法冲击校准技术研究

在详细分析反射式激光多普勒原理的基础上,研究了高g值加速度传感器的冲击校准方法。该方法利用Hopkinson杆作为加载手段,利用差动式激光多普勒干涉仪来绝对复现冲击加速度的量值。针对高g值压阻加速度传感器SIMIT-AYZ-60k进行了一系列的校准试验,利用积分运算法和最小二乘法的组合从准动态条件下的校准数据得到了准静态条件下的传感器冲击灵敏度。试验表明,这种方法实现了利用脉宽有限的激励脉冲对固有频率在20kHz以上的高g值加速度传感器的校准,校准的不确定度可以满足冲击测试的工程需求。     

乐音准则法及其在结构损伤诊断中的应用研究

为了寻求一种简便、高效的结构损伤识别方法,组织实施了瓷盘、钢壳及5层钢框架的模型试验,根据试验结果,提出了一种基于欧姆听觉定律的结构损伤识别方法,即“乐音准则法”。该方法对于诊断均匀、规整的一维（杆、索）或二维（板、壳）结构的损伤十分有效。试验结果表明,均匀、规则结构的固有振动频谱具有与乐音相类似的特征,在其发生损伤后,固有振动频谱发生明显变化,据此定义了“乐音准则法”。试验证明,该方法对识别瓷盘损伤敏感有效;对钢壳径向损伤有效,对环向损伤不敏感,主要原因是环向损伤对壳体结构刚度影响较小。在5层钢框架的损伤识别试验中,根据乐音准则法,首次提出运用频率比作为结构损伤诊断指标,成功地识别出了结构损伤。     

基于扩展卡尔曼滤波的结构参数和荷载识别研究

经典的扩展卡尔曼滤波（Extend Kalman Filter,EKF）方法可有效识别结构参数,但却需要已知外部激励,然而,在工程实际中,有些外激励往往难以实时获取。为此,该文提出了一种基于EKF的未知激励下的结构参数和荷载识别方法。通过在观测方程中引入投影矩阵,实现了结构参数的识别,同时,利用最小二乘估计实时识别了未知的外激励。为了验证该方法的有效性和鲁棒性,文中采用了三个数值算例：四层的Benchmark模型、分段线性系统和非线性Duffing系统。数值分析的结果表明,该方法不仅能够准确识别线性和非线性结构的参数,还能有效识别作用于这些结构的外激励。     

互谱能量法在激励力未知条件下对结构的诊伤研究

众多结构损伤诊断的方法都是基于结构有限元模型，或者是基于结构激励力已知条件下进行的系统参数识别技术。然而，由于大型结构物激励力不易测试，这些方法应用于土木工程结构物存在着一定的局限性。因此。发展基于环境激励下抗噪声性能较好的结构损伤诊断方法对于土木工程结构物安全监测显得尤为重要。提出一个新的互谱能量法，实现了在环境激励力未知条件下对结构进行损伤诊断。互谱能量法诊断结构损伤无需已知结构本身的材料特性，无需系统参数识别，不是基于结构的有限元模型，仅基于结构动力可测试部分输出响应信号以及结构单元拓扑分布即可实现结构的损伤诊断。为了验证所提互谱能量法的有效性，数值模拟两跨连续梁结构，仅仅利用有限的动力测试信号，并且结构测试信号中加入了较大的噪声模拟实际的测试环境，研究结果表明互谱能量法能够有效地诊断出结构单一，多损伤位置的损伤，抗噪声能力较强。     

输入未知条件下基于自适应广义卡尔曼滤波的结构损伤识别

发展一种输入未知条件下的自适应广义卡尔曼滤波(Adaptive Extended Kalman Filter with Unknown Inputs,AEKF-UI)方法,在线复合反演系统参数与未知输入,结合基于改进粒子群优化算法的自适应技术实现系统时变参数追踪,进而识别结构损伤,包括损伤发生的时间、位置和程度。建立基础隔震结构实验模型及理论模型,其中隔震层的非线性动力学特性通过Bouc-Wen模型描述。对基础隔震结构进行振动实验研究,采用刚度元件装置模拟时间、位置和程度不同的结构损伤,基于测得的加速度响应和AEKF-UI方法进行实时系统参数与未知输入的同步反演。研究结果表明:在两种典型地震波激励下,AEKF-UI方法得到的识别值与参考值相一致,验证了该方法在系统辨识中的有效性和准确性。