基于隨機子空間法的結構損傷識別研究.pdf

1、工程結構在復雜的服役環(huán)境中常會遭受各種損傷，從而引起災難性事故的發(fā)生。因此，研究結構的損傷識別問題對結構的安全性具有重要的實際意義。目前國內(nèi)外對于損傷識別指標的構造，有兩種主要的思路。一是利用基準有限元模型，結合有限元更新法和模式匹配法識別損傷（有模型法）；二是不需要基準有限元模型，直接利用結構模態(tài)參數(shù)或響應的改變來識別結構的損傷（無模型法）。通常情況下，實際結構的基準有限元模型和模態(tài)參數(shù)不容易得到，抑或精度不高，這就限制了有模型法在實

2、際工程中的應用。因而，無模型法逐漸引起研究者的重視，尤其是其中的時域法直接利用響應數(shù)據(jù)構造損傷指標，且理論嚴密，具有較好的應用前景。
　　在時域法中，隨機子空間法是一種基于環(huán)境激勵響應的時域模態(tài)參數(shù)識別方法。它概念清楚，理論嚴密、直接利用時域數(shù)據(jù)，克服了頻域法和時頻域法的頻率分辨率影響，近年來成為模態(tài)參數(shù)識別領域的基準算法，廣泛應用于大型工程結構的振動特性分析。而在損傷識別領域，隨機子空間法的研究尚不完善，有待進一步研究。

3、　　因此，本文選擇隨機子空間算法及其識別指標作為主要的研究對象，分析隨機子空間算法中加權方式和系統(tǒng)矩陣求解算法對損傷識別的影響，并將其應用在輸電塔架結構中，實現(xiàn)輸電塔架結構的損傷判定和損傷定位。本文所做的工作如下：
　　1.研究了基于子空間正交特性和基于預測誤差指標的損傷判定和損傷定位，針對目前常規(guī)采用的奇異值曲線確定隨機子空間系統(tǒng)階次的不足，分別引入了奇異熵理論和穩(wěn)定圖方法進行系統(tǒng)定階，使系統(tǒng)階次的選取更清晰，避免了系統(tǒng)階次選擇

4、的隨意性。
　　2.隨機子空間算法作為一個系統(tǒng)的識別算法理論，其中有多種系統(tǒng)矩陣求解算法及加權算法，以往有部分學者研究了不同的系統(tǒng)矩陣求解算法及加權算法對于模態(tài)參數(shù)識別效果的影響，而它們對損傷識別指標的影響少有人進行討論。本文討論了兩種不同的系統(tǒng)矩陣求解算法和三種不同加權方法的計算特性，研究了不同系統(tǒng)矩陣求解算法和加權方法對于損傷識別指標的計算效果、區(qū)分度的影響，對比研究表明UPC和PC加權方法對于損傷識別指標的區(qū)分度和計算精度是

5、最好的，且最小二乘算法的識別效果優(yōu)于觀測矩陣算法，建議應用隨機子空間指標進行損傷識別時采用UPC方法進行加權，采用觀測矩陣求解系統(tǒng)矩陣。
　　3.本文運用互補角指標和歸一化指標首先判別結構是否發(fā)生損傷和嚴重程度，然后運用預測誤差損傷指標判別結構的損傷位置，建立了一套結構損傷判定和損傷定位的兩步法。
　　4.考慮到輸電塔體系復雜的工作環(huán)境，如健康狀態(tài)和未知狀態(tài)的測試溫度存在差異等。因此本文對輸電塔體系在溫度變化，及裹冰厚度較大