基于細(xì)觀尺度模擬的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)應(yīng)力場(chǎng)估計(jì)方法.pdf

1、空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)連接桿件多，且桿件尺寸、角度等不同，造成節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)承受荷載時(shí)的受力較為復(fù)雜，且一個(gè)節(jié)點(diǎn)的失效會(huì)引起與其相連的桿件內(nèi)力變化甚至失效，從而影響結(jié)構(gòu)的局部甚至整體安全。在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，無(wú)法布置足夠數(shù)量的傳感器跟蹤節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力場(chǎng)變化，且傳感器僅能獲得其所在位置的局部信息，同時(shí)由于安裝位置受限，某些不利位置無(wú)法安裝傳感器。然而，細(xì)觀尺度模擬可以對(duì)節(jié)點(diǎn)在內(nèi)力作用下的應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行較為精確的模擬，獲取節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力場(chǎng)分布。因此，有

2、必要運(yùn)用細(xì)觀尺度模擬和應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行估計(jì)。本文以珠海歌劇院貝殼鋼結(jié)構(gòu)的焊接箱型節(jié)點(diǎn)為背景，提出基于細(xì)觀尺度模擬的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)應(yīng)力場(chǎng)估計(jì)方法。
　　建立基于細(xì)觀尺度模擬的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力場(chǎng)估計(jì)方法。給出細(xì)觀尺度模型中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)模擬值表達(dá)方法，分析多尺度有限元模型中由于不同尺度界面連接造成的應(yīng)力失真區(qū)寬度并給出確定方法，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)細(xì)觀尺度模型的建立。提出基于細(xì)觀尺度模擬的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力場(chǎng)估計(jì)方法，獲取應(yīng)力變化矩陣，建立節(jié)點(diǎn)的荷載邊界條

3、件與應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而估計(jì)荷載邊界條件，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力場(chǎng)的獲取。以一連接四根構(gòu)件的焊接箱型節(jié)點(diǎn)為例，驗(yàn)證所提方法的可行性。
　　研究節(jié)點(diǎn)應(yīng)力場(chǎng)估計(jì)方法的影響因素。通過(guò)定義應(yīng)力變化矩陣行向量范數(shù)和條件數(shù)，提出應(yīng)力變化矩陣病態(tài)程度的判定方法。通過(guò)給定不同的傳感器整體空間分布位置和傳感器在桿件上的局部布置位置改變應(yīng)力變化矩陣中行向量的相關(guān)性及數(shù)據(jù)數(shù)量級(jí)之間的差距，分析應(yīng)力變化矩陣的條件數(shù)和荷載邊界條件估計(jì)結(jié)果。通過(guò)對(duì)比分析，驗(yàn)證

4、應(yīng)力變化矩陣判定方法的合理性。
　　研究基于傳感器個(gè)數(shù)縮減的應(yīng)力場(chǎng)估計(jì)方法。根據(jù)應(yīng)力變化矩陣中元素的大小關(guān)系，提取對(duì)應(yīng)力絕對(duì)貢獻(xiàn)率較低的節(jié)點(diǎn)內(nèi)力，對(duì)其進(jìn)行縮減，從而實(shí)現(xiàn)傳感器個(gè)數(shù)縮減；提出基于廣義逆矩陣的應(yīng)力場(chǎng)估計(jì)方法，給定不同的傳感器縮減個(gè)數(shù)，通過(guò)最小范數(shù)解求取并估計(jì)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力場(chǎng)。通過(guò)縮減不同的內(nèi)力和縮減不同數(shù)量的傳感器，分別運(yùn)用基于內(nèi)力縮減的應(yīng)力場(chǎng)估計(jì)方法和基于廣義逆矩陣的應(yīng)力場(chǎng)估計(jì)方法，獲取節(jié)點(diǎn)應(yīng)力場(chǎng)估計(jì)結(jié)果并對(duì)誤差進(jìn)行對(duì)比分