神经网络在结构损伤识别中的应用

探讨了用神经网络对混凝土结构裂缝进行损伤识别和定位的方法,以一矩形截面悬臂梁为研究对象,通过完好结构和损伤结构的有限元分析,并进行了单处损伤和多处损伤的定位研究,数值仿真结果表明,该方法对于实际工程结构的损伤识别具有一定的指导意义。     

悬臂梁损伤的支持向量机识别研究

针对结构损伤识别中,损伤与其影响因素之间的复杂非线性关系,提出了结构损伤识别的支持向量机方法。支持向量机是一种基于统计学理论的机器学习算法,本文以模态频率作为损伤标识量,通过支持向量机建立了损伤程度和频率之间的支持向量机模型,并以悬臂梁的损伤为例进行了计算分析,结果表明提出的方法是科学,可行的。     

基于曲率模态和柔度曲率的变截面钢梁多损伤静态识别

以具有损伤位置不同但损伤刚度相同的变截面悬臂梁和简支梁为研究对象,通过结构模态分析,以曲率模态和柔度曲率为识别参数,计算各种工况下仅用第1阶模态参数的多损伤识别结果并进行了对比.     

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.     

基于结构模态参数的两种损伤识别方法的比较

对结构的损伤识别方法进行了研究,以最容易获得的结构动态参数频率为基础。研究采用柔度差作为识别指标,对结构的损伤进行判断定位。以一简支梁为例,通过有限元数值模拟了不同程度的损伤,分别提取结构损伤前后的低阶频率。然后分别采用一阶振型指标和柔度差指标进行损伤定位。结果表明,柔度差指标优于一阶振型指标能够更好地进行损伤定位。     

基于改进后的BP神经网络在混凝土桥梁损伤识别中的应用研究

混凝土桥梁的损伤识别与定位是目前的研究热点之一。本文在传统BP神经网络的基础上对其进行改进,并将改进后的BP神经网络应用在混凝土桥梁损伤定位与识别过程中。首先建立了识别桥梁的数值有限元模型,然后得到不同损伤情况下的桥梁自振频率和曲率模态值。将自振频率和曲率模态值作为改进后BP神经网络的输入参数,以有限元单模型中的损伤位置和损伤程度作为输出值,进而实现对桥梁结构的损伤定位和损伤识别。最后通过南京浦仪公路混凝土简支梁和连续梁为工程背景进行了验证。结果表明：采用改进后的BP神经网络可以很好的实现对桥梁的损伤定位和损伤程度的识别,并且具有很好的识别精度。即使在噪声存在的情况下,改进后的BP神经网络仍然可以达到很好的识别效果。     

基于频率摄动理论识别基桩结构的完整性研究

以摄动理论为基础建立基桩结构计算模型,用Matlab编制有限元程序,根据结构损伤前后频率的变化来对基桩损伤进行定位,并计算损伤程度,由计算结果可知,采用摄动理论既可识别基桩损伤位置,也能定量求其损伤程度。     

钢筋混凝土结构锈裂损伤定位与识别

应用振动测试的模态分析方法 ,对钢筋混凝土结构锈裂损伤定位与识别进行了探讨。通过现场试验实测结构的模态频率 ,根据未锈裂结构的模态频率识别出结构的实际支承条件 ,建立现场试验结构的有限元模型。验证结构锈裂损伤定位方法的有效性。计算结构锈裂损伤程度识别图 ,用于结构锈裂损伤程度识别。     

基于改进指标的结构损伤程度识别研究

传统的基于频率的损伤程度识别指标是通过忽略结构运动摄动方程的二阶项得到的,在用于结构的损伤程度识别时,误差较大。基于结构运动方程,推导改进的损伤程度识别指标。以钢桁悬臂梁结构进行数值模拟试验,结果表明,所建议的改进方法指标较原来方法指标更为有效。     

结构损伤识别中的广义残余力向量差法研究

采用矩阵摄动有限元方法,给出了结构损伤识别方程.为减小模型误差和测试误差对损伤识别结果的影响,利用残余力向量对损伤单元的敏感性,提出了广义残余力向量差的概念.为提高损伤识别结果精度和计算效率,联合采用广义残余力向量差定位与频率变化定量的结构损伤识别方法,先运用广义残余力向量差来初步确定损伤位置,再根据频率摄动运用测试精度较高的频率筛选计算损伤程度并确认损伤位置.实例证明,即使考虑测试误差,该方法仍然可以实现对损伤位置和程度的快速准确识别,具有较强的噪声鲁棒性.     

通用频率指纹库在固接梁损伤定位中的应用

从理论上推导了基于梁的自振频率数据进行损伤定位的基本原理，得出了一些梁的基于频率数据定义的动力参数（任意两阶频率变化比）仅是损伤位置的函数，而与损伤的程度无关的结论。随后在理论推导的基础上，重点研究了利用任意两阶频率变化比作为损伤定位的参数，建立了两端固接梁损伤定位通用频率指纹库，建立的过程中还考虑了损伤程度对指纹库的影响。最后通过两个数值算例，验证了该指纹库用于固接梁损伤定位的有效性和通用性，从而为工程中任意固接梁的损伤定位找到了一个标尺。     

改进的模态曲率改变率损伤识别方法研究

研究了适用于简支梁和连续梁结构的改进的模态曲率改变率的损伤识别方法,比较了改进的模态曲率改变率法与模态曲率改变率法。对简支梁和连续梁不同损伤位置损伤程度的数值计算表明,改进的模态曲率改变率法可以准确地判断损伤位置,定性地判断同一位置处的损伤程度。     

恒载作用下梁和桥梁的损伤识别研究

提出了桥梁长期健康监测中基于恒载进行梁及桥梁损伤识别的方法。首先从正分析入手计算超静定梁仅在恒载作用下发生损伤的特征表现,通过分析不同监测参量及测点对损伤的敏感度,研究仅在恒载下监测参量选菮     

大跨度空间网格结构的损伤定位

本文建立了基于模态曲率法和人工神经网络技术相结合的、适用于大跨度空间网格结构的损伤定位新方法,即首先应用模态曲率法判断结构是否发生损伤并识别发生损伤的局部结构,然后对发生损伤的局部结构利用人工神经网络技术识别损伤的准确位置。通过分析和比较发现,以模态曲率为基础的损伤参数比较适合于大跨度空间网格结构的损伤定位,三种以模态曲率为基础的损伤定位参数按有效性进行排序,从低到高依次为模态曲率、模态曲率差、模态曲率变化率;针对天津奥林匹克中心体育场大跨度悬挑管桁结构进行了不同损伤状况的数值模拟,验证了所建立的损伤定位方法的适用性和有效性。研究结果表明:利用模态曲率变化率识别损伤发生的大致位置,当单榀桁架发生损伤时,识别的准确率达到100%,当多榀桁架同时发生损伤时,识别的准确率达93.7%;采用人工神经网络技术识别损伤桁架的准确损伤位置时,在无测量噪声影响下,损伤定位的准确率达到97.0%,且测量噪声对损伤定位准确率的影响很大。     

基于柔度差和变形曲率的损伤定位识别方法研究

文章介绍了柔度差和变形曲率用于结构损伤识别的理论.通过对一个简支梁的仿真计算表明,两种方法均能对单个损伤单元进行定位,并随着损伤程度的增大识别愈加明显,但对于多位置损伤识别,变形曲率法比柔度差值法更精确,且不需要健康结构的信息作为基线,适合工程损伤的快速动力学检测.     

普通RC梁与预应力RC梁的损伤分析

基于刚度下降提出了一种混凝土损伤指标,可直接表示为应变的函数。建立了弯矩与梁的变形、挠度、损伤等之间关系的一般公式,用数值计算方法给出了它们之间的关系曲线。对简支梁在常见荷载形式下进行全过程损伤分析,比较了普通RC梁和预应力RC梁的损伤情况,说明了本方法的可行性及其与实际现象的一致性,为设计、施工和维修加固提供有效依据。     

基于模型修正理论和频响函数模式置信准则的简支梁损伤动力评估方法

提出了一种基于频响函数模式置信准则的改进模型修正方法,用以识别各部位的损伤指数,从而对简支梁的损伤进行定量评估。加工制作了4片模型简支钢梁,用切割截面的方式模拟了损伤,进行了动力测试,并利用所提方法进行了损伤识别。简支钢梁数值模拟和模型试验结果表明：利用相邻测点间频响函数模式置信准则指数构造目标函数时,可有效增加识别变量的个数;第1阶频率和第2阶频率之间的区段内频响函数对损伤灵敏度较高,可用SAC指数计算和简支梁损伤识别;所提损伤评估方法对测试系统误差和噪声不敏感,可实现对多个位置损伤的同步定位和定量识别;在传感器数量有限的情况下,采用分步识别法可以实现对损伤位置的逐步接近和损伤程度的精细化识别。     

Detection of damage locations and damage steps in pile foundations using acoustic emissions with deep learning technology

The aim of this study is to propose a new detection method for determining the damage locations in pile foundations based on deep learning using acoustic emission data. First, the damage location is simulated using a back propagation neural network deep learning model with an acoustic emission data set acquired from pile hit experiments. In particular, the damage location is identified using two parameters: the pile location (P_L) and the distance from the pile cap (D_S). This study investigates the influences of various acoustic emission parameters, numbers of sensors, sensor installation locations, and the time difference on the prediction accuracy of P_L and D_S. In addition, correlations between the damage location and acoustic emission parameters are investigated. Second, the damage step condition is determined using a classification model with an acoustic emission data set acquired from uniaxial compressive strength experiments. Finally, a new damage detection and evaluation method for pile foundations is proposed. This new method is capable of continuously detecting and evaluating the damage of pile foundations in service.     

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。     

Use of Ritz method for damage detection of reinforced and post-tensioned concrete beams

Damage-induced changes in modal characteristics can be detected using experimental modal analysis. In this article, based on changes in natural frequency, mode shapes, and damping ratios, a methodology for detecting damage location and severity is presented. The damage was induced by application of point load at half span location on the reinforced and post-tensioned concrete beams. The load was gradually increased to obtain different crack patterns to be used in simulation of damage scenarios. Experimental modal analysis was performed on the undamaged and damaged beams. The natural frequency and mode shapes were used to determine the location of damage. The approach is developed at an element level with a conventional finite element (FE) model by Ritz method, which is called Ritz damage detection method (RDDM). The mathematical model for both damped and undamped damaged structures have been established through the eigenvalue equations. The singular value decomposition (SVD) technique is used for determination of damage or sound index. These indexes are sensitive to the change of dynamic characteristics due to damages. This approach is applied to five simply supported post-tensioned concrete beams. The numerical results show that the exact location and severity of damage for different simulated damage scenarios could be efficiency found by the present methodology.