基于柔度矩陣和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的損傷識(shí)別方法研究.pdf

1、近二十年來，隨著各種工程結(jié)構(gòu)的老化問題和維修成本的增加，使得結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)和健康監(jiān)測(cè)方法獲得了快速的發(fā)展。許多結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法是以結(jié)構(gòu)固有特性為依據(jù)，利用結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)信息，通過尋求結(jié)構(gòu)損傷前后模態(tài)參數(shù)的變化來識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷的發(fā)生、位置和程度。這些損傷識(shí)別方法對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的識(shí)別具有一定的準(zhǔn)確性和有效性。但是損傷會(huì)引起結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，可能會(huì)導(dǎo)致?lián)p傷前后具有相同階數(shù)的模態(tài)并不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。理論上已經(jīng)證明損傷前后模態(tài)可能會(huì)發(fā)生躍遷的現(xiàn)象。

2、 本文提出一種新的損傷識(shí)別指標(biāo)，即柔度對(duì)角曲率。它只需結(jié)構(gòu)損傷后的低階模態(tài)參數(shù)，從而避免考慮模態(tài)躍遷和高階模態(tài)參數(shù)不易測(cè)量的因素而影響識(shí)別的準(zhǔn)確性。以懸臂梁結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，建立有限元模型，對(duì)結(jié)構(gòu)發(fā)生單損傷和多損傷的情況進(jìn)行損傷模擬，用柔度對(duì)角曲率和已有文獻(xiàn)中提及的柔度曲率這兩個(gè)損傷識(shí)別指標(biāo)分別對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷進(jìn)行識(shí)別研究。結(jié)果表明這兩種損傷識(shí)別指標(biāo)均可對(duì)損傷的存在、位置和程度進(jìn)行識(shí)別，并對(duì)比分析了兩種損傷識(shí)別指標(biāo)對(duì)損傷的敏感度。

3、用模態(tài)參數(shù)構(gòu)造損傷識(shí)別指標(biāo)的損傷識(shí)別方法是結(jié)構(gòu)損傷診斷的一條途徑，但是只能對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的位置和程度做出定性的評(píng)估。由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很好的自組織學(xué)習(xí)能力、模式識(shí)別能力以及容錯(cuò)能力，可以對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的位置和程度做出定量的辨識(shí)。目前人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的研究已越來越受到關(guān)注。如何選取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)和設(shè)計(jì)高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行識(shí)別，至今還沒有確定的標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)值得研究的課題。本文提出將上述的兩種損傷識(shí)別指標(biāo)分別作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的

4、輸入向量，與兩種改進(jìn)算法的BP網(wǎng)絡(luò)(自適應(yīng)調(diào)整學(xué)習(xí)率的動(dòng)量算法和共軛梯度BP算法)以及徑向基函數(shù)(RBF)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷位置和程度。通過算例仿真，驗(yàn)證了在考慮單損傷的情形下，用這兩種損傷識(shí)別指標(biāo)得到的樣本數(shù)據(jù)來訓(xùn)練不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的損傷識(shí)別方法是可行的。研究表明，改進(jìn)算法的BP網(wǎng)絡(luò)和RBF網(wǎng)絡(luò)均可對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的位置和程度進(jìn)行正確的識(shí)別。就網(wǎng)絡(luò)的性能而言，BP網(wǎng)絡(luò)中的共軛梯度算法比自適應(yīng)調(diào)整學(xué)習(xí)率的動(dòng)量算法的收斂速度要快，因而可達(dá)到更