少參數(shù)有限元模型更新與結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，國家各方面的基礎(chǔ)建設(shè)也在迅猛發(fā)展之中，陸續(xù)建設(shè)了許多大型的具有代表性的土木結(jié)構(gòu)。這些大型建筑如大跨型結(jié)構(gòu)，超高層建筑，跨海大橋等在社會(huì)發(fā)展中都起著重要的作用，但是正是由于其規(guī)模宏大所以結(jié)構(gòu)也日益復(fù)雜，發(fā)生各種損害的幾率也相應(yīng)地增大，所以土木工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測和結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的重要性就越來越凸顯出來。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷分析，一方面可以預(yù)防完好的結(jié)構(gòu)發(fā)生一些潛在的損傷，節(jié)約維護(hù)成本;另一方面可以確定已損壞結(jié)構(gòu)的損傷情況

2、，明確維修處理方案，避免了結(jié)構(gòu)發(fā)生突發(fā)性事故的可能性。損傷識(shí)別是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的最關(guān)鍵的部分，損傷識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確與否直接影響到了整個(gè)健康監(jiān)測系統(tǒng)的作用。
　　 現(xiàn)階段的損傷識(shí)別方法主要為基于有限元模型更新的損傷識(shí)別，而有限元模型更新與損傷識(shí)別同為反分析問題，因?yàn)樵趯?shí)際工程中有著廣泛地應(yīng)用前景而成為熱門的研究課題。目前使用較為頻繁的方法是通過非線性優(yōu)化或者回歸分析等數(shù)值方法尋求合適的模型參數(shù)向量，用有限元模型的理論模態(tài)擬合結(jié)構(gòu)的

3、實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)，使兩者間的誤差范數(shù)最小，從而得到能夠反映結(jié)構(gòu)實(shí)際情況的有限元模型。但是此類問題有非常強(qiáng)烈的奇異性，一則模型更新或者損傷識(shí)別結(jié)果對(duì)于事先選定的需要更新的參數(shù)集的設(shè)定非常敏感;二則非線性優(yōu)化過程具有極大的不確定性，迭代過程有可能收斂于局部最小值而不是全局最小值，不具有實(shí)際工程意義。對(duì)于比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式或者損傷模式，需要建立精細(xì)的有限元模型才能正確模擬，所需單元量眾多，需要通過大型非線性優(yōu)化算法求解，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定性更低，

4、幾乎不能得到具有實(shí)際意義的結(jié)果。本文針對(duì)這些問題，主要做了以下幾方面的工作:
　　 1.從多尺度分析的角度，利用第二代小波變換的方法，通過模型剛度更新為例將結(jié)構(gòu)的更新剛度曲線利用多尺度的形式表示出來，實(shí)現(xiàn)了有限元模型的參數(shù)更新和結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別，降低了模型更新過程中的不確定性。提出了有限元模型更新剛度曲線的低尺度表示，利用有限的實(shí)驗(yàn)信息，通過遺傳算法優(yōu)化求得更新剛度曲線在低尺度表示時(shí)的尺度函數(shù)系數(shù)與小波函數(shù)系數(shù)，獲得更新剛度曲線。