空間網(wǎng)架結構損傷診斷及其健康監(jiān)測若干問題研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對空間結構的使用要求向大跨度方向發(fā)展?？臻g網(wǎng)架結構由于受力合理，外形美觀，能提供大跨度的使用空間，在近三四十年來已得到越來越廣泛的應用。為保證生命財產(chǎn)安全，避免災難性事故發(fā)生，采取有效的技術手段及方法，在不影響結構使用的情況下診斷結構的損傷情況，監(jiān)測結構的工作狀況以及對結構的安全性進行評估，有著十分重要的工程及現(xiàn)實意義。為此，從空間網(wǎng)架結構模態(tài)參數(shù)識別及損傷診斷、網(wǎng)架結構智能健康監(jiān)測的實現(xiàn)技術，網(wǎng)架結構監(jiān)測中光纖

2、光柵智能傳感材料的實現(xiàn)技術以及網(wǎng)架結構重要支撐構件中的傳感器優(yōu)化布置等不同角度對涉及網(wǎng)架結構健康監(jiān)測的一些關鍵問題進行了分析研究。 對于大多數(shù)空間網(wǎng)架結構，一般認為其構件主要受軸向力的作用，因此，將空間網(wǎng)架結構視為空間桿系結構進行研究，提出了空間桿系結構應變模態(tài)的推導方法。由于空間桿單元僅存在軸向應變，因此可按照有限元的方法建立其應變模態(tài)與振型的關系，即應變模態(tài)可通過振型矩陣左乘一個常數(shù)矩陣得到，而且應變模態(tài)也具有與振型相似的正

3、交性，從而可進一步推導應變模態(tài)的矩陣攝動以及空間桿系結構的單元攝動向量。 使用結構的動力特性的變化來識別損傷是一種方便有效的方法，使用該方法首先要識別結構的模態(tài)參數(shù)。在結構的模態(tài)參數(shù)識別中，一般使用的是結構的加速度響應或位移響應數(shù)據(jù)。根據(jù)應變模態(tài)與振型之間的關系，使用結構的應變響應數(shù)據(jù)也能夠測得結構的頻率和應變模態(tài)。結合傳感器優(yōu)化布置的有效獨立法，提出了基于單元攝動向量的傳感器優(yōu)化布置的方法。在此基礎上，使用特征系統(tǒng)實現(xiàn)法和隨機

4、子空間方法，通過桿件應變的自由響應數(shù)據(jù)或等效數(shù)據(jù)來進行結構模態(tài)參數(shù)的識別。 在基于結構模態(tài)參數(shù)的損傷識別中，由于考慮了結構建模誤差及測試數(shù)據(jù)的不完備性和噪聲的影響，基于貝葉斯理論的結構損傷識別的方法能夠取得較好的識別效果，基于此，提出了一種基于結構應變模態(tài)的統(tǒng)計損傷識別方法。在實際結構中，龐大的單元數(shù)量會導致計算無法實現(xiàn)，為了解決這一問題，提出了一種向量相似度的定義?？紤]到單元的攝動向量代表了單元對模態(tài)攝動的貢獻的大小，根據(jù)單元

5、攝動向量的相似度，對結構中的單元進行了分組。通過分組，結構損傷診斷可分兩步完成：首先識別出所有可能損傷單元的范圍；然后在可能損傷單元的范圍中識別出單元的損傷。同時，為了提高使用攝動矩陣識別較深程度損傷時的誤差，提出了一種攝動矩陣的迭代修正算法。結合工程實踐，研究了大型網(wǎng)架結構健康監(jiān)測的實現(xiàn)技術。由于光纖光柵智能傳感材料的諸多優(yōu)點，其在結構監(jiān)測中的應用越來越廣泛。本文研究了網(wǎng)架結構健康監(jiān)測中光纖光柵智能傳感材料及傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)的實現(xiàn)技術，并

6、創(chuàng)造性地提出了雙向粘貼光纖光柵傳感器的施工工藝及應力應變傳感模型，采用此方法同時得到結構表面測點X方向和Y方向的應變。結合實際工程應用，進一步探討了光纖應用時的損耗特性，指出了實際應用時應注意的問題。 在網(wǎng)架結構的健康監(jiān)測中，其重要支撐構件是結構的安全性的主要影響因素，而支撐構件上的荷載又是判斷構件工作狀況的重要信息。在結構的荷載識別方法中，模糊模式識別方法一種快速準確的方法，可用于對結構荷載的在線識別，從而更好地進行結構的狀態(tài)