剪切型結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別算法研究.pdf

1、近年來，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測已成為土木工程學(xué)科研究和發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的核心在于損傷識(shí)別算法。剪切型結(jié)構(gòu)具有形式簡單、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際工程中諸多結(jié)構(gòu)（如高層建筑、輸電塔、海洋平臺(tái)、飛機(jī)機(jī)翼等）在特定情況下都可以簡化為層間剪切模型進(jìn)行分析。通過對(duì)剪切型結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別算法的研究，有利于提高剪切型結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性，發(fā)掘出適用于更一般結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法。本文針對(duì)剪切型結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別問題，主要做了以下幾個(gè)方面的工作:
　　

2、(1)對(duì)利用時(shí)不變?yōu)V波器由加速度信號(hào)重構(gòu)速度和位移信號(hào)的方法進(jìn)行了研究，給出了時(shí)不變?yōu)V波器系數(shù)的計(jì)算公式及頻域上準(zhǔn)確度的評(píng)價(jià)公式，探討了濾波器參數(shù)的選擇對(duì)重構(gòu)精度的影響，并以一個(gè)單自由度質(zhì)量彈簧體系數(shù)值算例和一個(gè)四層板柱結(jié)構(gòu)在環(huán)境荷載下振動(dòng)的數(shù)值算例對(duì)方法的可行性進(jìn)行了說明。
　　(2)對(duì)傳統(tǒng)恢復(fù)力法進(jìn)行改進(jìn)，提出了“基于恢復(fù)力模型的局部損傷識(shí)別法”（簡稱“方法1”），克服了傳統(tǒng)方法由于質(zhì)量和剛度間的耦合而無法確定損傷類型的缺點(diǎn)。

3、方法1采用以下步驟識(shí)別損傷:一，由剪切型模型各層實(shí)測的加速度信號(hào)通過時(shí)不變?yōu)V波器重構(gòu)速度和位移信號(hào);二，求出各層間的相對(duì)位移和相對(duì)速度，結(jié)合環(huán)境激勵(lì)技術(shù)和各層的動(dòng)力方程擬合出剛度系數(shù);三，求出各層剛度系數(shù)損傷前后的比值，得到損傷指示向量(DIV);四，根據(jù)損傷的局部性，通過聚類分析算法找出DIV中的異常元素，作為判斷損傷位置的依據(jù);五，由DIV求出各層質(zhì)量和剛度的損傷程度。
　　(3)對(duì)傳統(tǒng)交叉模型交叉模態(tài)(CMCM)法進(jìn)行改進(jìn)，

4、提出了“基于CMCM的局部損傷識(shí)別法”（簡稱“方法2”）。傳統(tǒng)CMCM法由于核心矩陣缺秩使得全局修正時(shí)解不唯一，為求得唯一解往往假設(shè)損傷前后質(zhì)量不變。方法2將核心矩陣最小奇異值對(duì)應(yīng)的右奇異向量作為DIV，然后由DIV對(duì)損傷進(jìn)行定位和定量。方法2的優(yōu)勢在于:無需人為主觀地添加約束即可一次性求出結(jié)構(gòu)各單元質(zhì)量和剛度損傷前后的變化，避免了錯(cuò)誤或不準(zhǔn)確的假設(shè)給損傷識(shí)別結(jié)果帶來的誤差。
　　(4)通過數(shù)值實(shí)驗(yàn)和美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室(L