基于有限元模型修正的土木结构损伤识别方法

基于有限元模型修正的结构损伤识别方法计算过程直观、物理意义明确,能同步识别结构损伤位置和损伤程度,是结构损伤评估最直接的依据。该文介绍了基于有限元模型修正的损伤识别方法基本原理与过程,总结近三十年来有限元模型修正技术的发展。土木工程结构模型复杂性(包含大量单元、节点、待修正参数等)导致有限元模型修正过程效率低,详细介绍了基于子结构有限元模型修正的土木工程损伤识别方法在提高计算效率方面的优势。将两种有限元模型修正方法应用于一栋超高层建筑数值模型的损伤识别,说明两类方法在土木结构损伤识别中的特点。土木工程尺度大而结构损伤通常发生在局部区域,子结构方法将整体结构的分析转换为对若干独立子结构的分析,通过少数局部子结构的模型修正实现损伤识别,避免重复分析大尺寸整体结构,为大型结构基于有限元模型修正的损伤识别开辟高精度和高效率的途径。     

实测模态和结构模型同步修正的结构损伤识别方法

在基于灵敏度分析的有限元模型修正方法基础上,提出一种对实测模态和结构模型同步修正的结构损伤识别方法。即利用有损结构模态与测量噪声在时频域内的差异,以结构有限元模型为基准,对实测模态差进行小波去噪处理,再利用修正后的模态构造目标函数,进行有限元模型修正,经过迭代计算最终可识别结构的损伤。数值算例表明该方法可有效降低噪声的影响,提高损伤识别的精度。     

基于模型修正的钢管焊接结构焊缝损伤识别

摘要：本文提出了一种基于模型修正的钢管焊接结构焊缝损伤识别方法。利用从发射台骨架试验模型获取的模态参数,选择识别结果中精度较好的模态频率作为模型修正的基准频率。通过对待修正参数的灵敏度分析,运用ANSYS和MATLAB软件对有限元模型进行了修正。以实测模态和计算模态之间的误差建立一个带约束边界非线性最小二乘目标函数,将损伤识别问题转化为优化问题,并采用信赖域方法求解该优化问题。以有限元模型焊接结点单元组弹性模量的降低模拟焊缝损伤,并假定了两种损伤工况,通过对发射台骨架模型的数值仿真及试验研究,结果表明本文提出的损伤识别方法识别效果较为理想,为解决这种复杂焊接结构焊缝损伤识别问题提供了新的思路。     

基于振动的结构损伤识别方法研究进展

对近几十年来基于振动的结构损伤识别方法进行了归纳和总结,重点阐述了无模型的损伤识别方法和损伤识别的模型修正法,对损伤识别的神经网络法、小波分析法和时域法等也作了一定程度的介绍。分析了各种方法的优点和不足之处,讨论了基于振动的损伤识别技术存在的主要问题,并对进一步的研究方向作了展望。     

结构计算模型修正的二次约束最小二乘算法

提出了一种结构计算模型修正的二次约束最小二乘方法。该方法是在质量矩阵和刚度矩阵满足正交性条件和特征方程的约束下，使修正矩阵的范数最小，将模型修止问题转化为一个带二次约束的最小二乘问题。应用奇异值分解，给出了在振型需要和不需要扩充两种情况下结构计算模型修正的数值算法，并进行了数值实验。计算结果表明：新算法精度较高，能保证修正模型的前m阶模态参数与实测值有较好的吻合。     

基于频响函数的结构损伤识别模型修正方法

针对模型修正中测量数据不完备问题,提出一种利用频响函数结合结构损伤识别进行模型修正的方法。首先,采用频响函数摄动分析法建立频响函数灵敏度方程,并综合考虑结构响应对参数变化的灵敏度及阻尼对振幅的影响等因素,合理选择频率范围;然后,利用完好结构的频响函数和测量得到的损伤结构固有频率重构损伤结构未测量节点的频响函数;最后,研究与模型修正相适应的传感器优化布置方法,确定传感器数目及测点位置,从而为模型修正提供所需的频响数据。数值模型试验表明,利用较少数量的传感器提供的频响数据即可识别出损伤位置和损伤程度,得到与结构实际参数相符的模型修正结果。     

结构损伤识别的一种反馈岭估计方法

利用含有测量噪声的数据进行结构损伤识别时,经常出现病态最小二乘问题,可能导致计算结果完全失真。为了显著提高计算精度,在岭估计的基础上,进一步提出了一种反馈岭估计方法,以获得精确并具稳定的损伤识别结果。所提的反馈岭估计方法主要分为三个步骤:对结构损伤评估中的线性方程组进行第一次岭估计计算,得到损伤参数的粗略解;根据损伤参数的粗略解,设计一个新的对角矩阵,用于随后的反馈岭估计(即第二次岭估计)计算中;对损伤评估线性方程组进行第二次岭估计计算(即反馈岭估计),最终获得损伤参数的高精度解,据此来对结构中的损伤位置和严重程度进行判定。以一个梁结构作为数值算例,讨论了所提方法在10%噪声水平下的有效性,并把计算结果与普通岭估计和奇异值截断法进行了比较,结果表明:所提反馈岭估计方法大幅度提高了计算精度,即使在10%的噪声水平下,该方法也能获得精度很高的计算结果。     

对声波透射法检测中存在声测管倾斜问题的一种修正方法

针对声波透射法检测中由于声测管的倾斜引起的声速异常问题,提出利用最小二乘法线性回归声测管管间距,对测点声波波速进行修正,进而更准确地判定基桩质量。     

基于小波包能量与模型修正的海洋平台结构损伤识别

对于常年服役的海洋平台,准确的损伤识别是保证其安全运行的重要保障。提出了一种对损伤敏感的小波包分解方案选取原则,以结构损伤前后加速度信号的小波包能量变化率作为残差,以结构的弹性模量作为待修正参数,通过灵敏度分析构建了一种新的目标函数用于模型修正和结构的损伤识别。将上述识别方法应用于简支梁模型,能够准确地识别出损伤的存在、位置和程度,验证了方法的可行性。对被噪声污染的信号进行识别分析,证明方法具有一定的鲁棒性。对噪声污染严重的信号进行小波阈值降噪处理,识别效果较降噪前有所改善。将方法应用于海洋导管架平台模型,对不同层高、不同杆件类型的损伤工况均能有效识别,说明方法对多层复杂结构同样适用。     

一种复合系统的时域参数识别方法

提出了一种复合系统捍域参数识别方法，对于层状地基－基础－框架这一复合系统，次层间刚度和阻尼从总体系统中分离出来，依据最小二乘识别法则，导出了层间刚度和阻尼参数识别的递推主程，以此为基础 该复合系统的时域参数识别方法，并以人工模拟系统输入和输出的方法，对一位于三层粘性土上的框架结构系统，实施了参数识别的全过程，结果表明，所建立的复合系统时域参数识别方法，对识别初始值的要求较低，且具有良好的识别精度。     

基于POS算法的结构模型修正与损伤检测

结构模型修正与损伤检测是结构健康监测过程中必须解决的多学科研究课题，常常转化为求解约束优化问题。介绍粒子群优化（PSO）算法，并在此基础上利用带惯性权重因子的全局版PSO算法对结构模型修正和损伤检测等约束优化问题进行研究。通过两层刚架单损伤和多损伤数值仿真以及三层建筑框架结构四种损伤试验研究，结果表明PSO算法对结构模型修正能够起到非常好的效果，采用PSO算法对结构损伤进行检测不仅能够准确定位结构损伤而且能够有效识别损伤程度。由此可见，PSO算法应用于该领域的效果是显而易见的。     

基于粒子群优化算法的结构模型修改

结构模型修改已经演化为一个多学科的研究课题．在最优化框架内，应用了国际上最近提出的粒子群优化算法，该算法具有全局搜索能力并且不需要目标函数的解析表达式。对于一实际钢结构，利用部分和全部测量得到的模态数据进行了模型修改的实验研究．并与基于灵敏度分析、神经网络和遗传算法的模型修改方法进行了对比．以修改后模型计算出的模态数据与实验测得的模态数据的相似度来衡量模型修改的准确性。结果表明，在多数情况下，所提出的模型修改方法得到了最好的修改结果，因此，应用粒子群优化算法进行结构模型修改是可行的。     

适用瞬态响应计算的火箭结构动力学模型修正方法

大型火箭结构十分复杂,其连接型式多,存在多分支结构。分析火箭结构中存在弱刚度的内-外翻边连接、螺栓点连接等典型连接型式,基于元素型法,以这些部位刚度为修正参数,开展动力学模型修正方法研究。结果表明,采用的方法能保证修正后模型的物理意义和真实性,能够适用于瞬态外激励作用下的结构响应计算,特别是内力响应计算。修正后模型的各阶模态结果和试验吻合较好,且与实际试验中瞬态响应的实测结果相比,计算具有较高精度,能够满足工程需求。     

一种海洋平台广义模型修正方法的研究

针对导管架式海洋平台结构的广义模型修正问题，提出了先修正模态振型后修正模态频率的试验方法。首先利用损伤检测方法识别出试验模型中与初始有限元模型有刚度偏差的杆件单元并采用反复迭代修正的方法进行了有限元模型模态振型的修正；然后将地基模拟为三维弹性支承并对其进行优化设计来实现有限元模型模态频率的修正；通过力锤激励下海洋平台的模型试验验证了此方法的可行性，为长期服役且原型结构未测的海洋平台的损伤检测、安全评估研究提供了基础。     

结构动力模型修正中的一类对称矩阵反问题

在实际工程中,由有限元模型得到的计算值与通过试验获得的测量值之间往往存在偏差,为了能够精确预测结构的动力响应,依据测量信息修正现有的动力模型是非常必要的.本文研究结构动力模型修正中的一类对称矩阵反问题(IP-MUP):给定矩阵A=diag[ω~2_1,ω~2_2,…ω~2_p)∈R~(p×p),X=[x_1,x_2,…,x_p]∈R~(n×p),以及矩阵Mo,Ko∈SR~(r×r).求矩阵M,K∈SR~(n×n),使得MXA=KX,XTMx=Ip,且满足M([1,r])=M0,K([1,r)=K0,其中M([1,r]),K([1,r])分别表示矩阵M,K的前r阶主子矩阵.运用代数特征值反问题的理论和方法,文中给出了问题IP-MUP有解的充分必要条件;并在有解的情况下,给出了通解的显式表示.     

基于可测点信息的模型参数修正方法

研究了基于灵敏度计算直接法的有限元模型修正方法，在模型缩聚中采用迭代降阶（IOR）技术，以使缩聚模型的特征对与原分析模型保留自由度的对应模态及频率完全一致，在模型修正过程中，得到收敛于可测点信息的参数修正量。仿真算例表明，所提出的基于IOR技术的模型修正方法有效可行。     

利用系统辨识的星敏感器模型修正与测角精度检测

2.中国科学院大学,北京100049)摘要:为了提高星敏感器的测角精度,提出了一种采用系统辨识法对星敏感器模型进行修正以及测角精度检测的方法。首先分析了星敏感器的理论测量模型以及像面坐标与星点目标的空间位置关系,然后给出了用模型修正来提高星敏感器测角精度的原理和数学模型。修正模型由系统辨识方法得到,同时为了提高辨识精度,文中采用将星敏感器像面划分为多个区域,每个区域单独建模辨识的方式。最后利用某星敏感器进行了实验,利用该方法进行模型修正后,星敏感器的测角精度为σx=1.68″、σy=1.91″,而修正前的测角精度为σx=17.43″、σy=23.46″。结果表明,采用该方法可以使星敏感器测角精度得到大幅提高,同时也完成了测角精度的检测。     

一个基于优化的有限元模型修正方法

本文提供了一个基于一阶搜索优化的有限元模型修正方法。它只需利用结构模态试验的部分固有频率，就能获得较精确的有限元模型。文中附有某无人机上垂尾有限元模型修正的实例。根据上垂尾前二阶试验的固有频率，采用本文方法，对有限元模型进行了修正。修正后有限元模型的前二阶固有频率与试验值的相对误差在2．35％以内，而第三阶固有频率与试验值的相对误差仅为5．81％。它不仅大大地缩小了用修正前有限元模型算得的固有频率与试验值的相对误差，而且还能较精确地预测无试验结果的高阶固有频率值。