未知激勵下結(jié)構(gòu)實時損傷診斷與振動控制結(jié)合.pdf

1、結(jié)構(gòu)實時損傷診斷是一項重要且有意義的課題，未知激勵下的結(jié)構(gòu)實時損傷診斷更是一項富有挑戰(zhàn)性的課題。大多數(shù)結(jié)構(gòu)損傷識別方法只針對時不變系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)識別，而沒有在線追蹤時變系統(tǒng)參數(shù)的變化。
　　本文第二章針對時變系統(tǒng)提出一種未知激勵下結(jié)構(gòu)實時損傷識別的時域算法，利用部分觀測的加速度響應(yīng)信號對結(jié)構(gòu)的損傷進(jìn)行在線追蹤。實際上，結(jié)構(gòu)局部單元剛度的突然變化，將會最先導(dǎo)致其單元周圍的加速度的突然變化，而這種由于局部單元損傷造成的影響將會過一段時間

2、才能在距損傷發(fā)生單元較遠(yuǎn)的單元中體現(xiàn)出來。實時損傷識別包括三個階段:第一階段基于擴(kuò)展卡爾曼預(yù)測算法識別結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)和物理參數(shù)，并利用最小二乘算法估計未知外部激勵;第二階段利用預(yù)測估計得到的預(yù)測加速度與觀測加速度間誤差的突變來判斷結(jié)構(gòu)剛度參數(shù)發(fā)生突變的時刻和結(jié)構(gòu)可能發(fā)生損傷的單元;第三階段通過求解有約束的優(yōu)化函數(shù)得出發(fā)生損傷的確切單元和損傷程度，并在線更新結(jié)構(gòu)剛度參數(shù)以繼續(xù)進(jìn)行實時結(jié)構(gòu)參數(shù)識別。通過數(shù)值模擬并應(yīng)用臺灣大學(xué)Chin-Hsi

3、ungLoh教授提供的三層鋼框架結(jié)構(gòu)損傷實驗的數(shù)據(jù)對該算法進(jìn)行驗證，計算結(jié)果表明這種方法能夠在未知外部激勵的作用下，能有效的在線追蹤結(jié)構(gòu)剛度參數(shù)的突變和識別未知激勵，并具有良好的抗噪性。
　　由于隨自由度的增多，將復(fù)雜結(jié)構(gòu)作為一個整體進(jìn)行識別會大大降低計算效率，使精度變差。因此本文第三章引入子結(jié)構(gòu)的方法，將一個自由度數(shù)目較多的整體結(jié)構(gòu)劃分為若干子相對獨立的子結(jié)構(gòu)，各子結(jié)構(gòu)在公共邊界的節(jié)點處相連接，對每個小結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行實時的損傷識別

4、，其中子結(jié)構(gòu)間的相互作用力可視為施加給結(jié)構(gòu)的“附加未知激勵”，此“附加未知激勵”可由相鄰子結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息進(jìn)行計算后得到傳遞，因此相鄰子結(jié)構(gòu)界面自由度響應(yīng)無需觀測仍能精確識別。該方法可用于子結(jié)構(gòu)界面自由度響應(yīng)不觀測的情況。提高了傳感器布置的靈活性，在減小傳感器布置難度的同時也減少了布置傳感器所需的費用，較經(jīng)濟(jì)實用。通過一未知激勵下大型桁架劃分為兩個子結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行實時損傷追蹤的數(shù)值算例，驗證觀測信息不完備情況下該方法的有效性和可靠性。

5、>　　大多數(shù)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)和振動控制系統(tǒng)都是分開實施而不是在線進(jìn)行的。由于對結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動控制時，結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)往往因施工、使用年限等原因不能精確得到，因此會使結(jié)構(gòu)的振動控制效果大打折扣，且將這兩項系統(tǒng)分開實施較耗費成本。針對這一問題本文第四章提出一種新的結(jié)構(gòu)損傷追蹤和瞬時最優(yōu)控制實時相結(jié)合的時域算法。在對結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)信號部分觀測的情況下，在線完成對結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)識別包括動力響應(yīng)和物理參數(shù)的識別，未知外部激勵的識別，同時在線追蹤結(jié)構(gòu)的損傷