未知激勵(lì)下結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)損傷診斷與振動(dòng)控制結(jié)合.pdf

1、結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)損傷診斷是一項(xiàng)重要且有意義的課題，未知激勵(lì)下的結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)損傷診斷更是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性的課題。大多數(shù)結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法只針對(duì)時(shí)不變系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別，而沒(méi)有在線追蹤時(shí)變系統(tǒng)參數(shù)的變化。
　　本文第二章針對(duì)時(shí)變系統(tǒng)提出一種未知激勵(lì)下結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)損傷識(shí)別的時(shí)域算法，利用部分觀測(cè)的加速度響應(yīng)信號(hào)對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷進(jìn)行在線追蹤。實(shí)際上，結(jié)構(gòu)局部單元?jiǎng)偠鹊耐蝗蛔兓瑢?huì)最先導(dǎo)致其單元周?chē)募铀俣鹊耐蝗蛔兓?，而這種由于局部單元損傷造成的影響將會(huì)過(guò)一段時(shí)間

2、才能在距損傷發(fā)生單元較遠(yuǎn)的單元中體現(xiàn)出來(lái)。實(shí)時(shí)損傷識(shí)別包括三個(gè)階段:第一階段基于擴(kuò)展卡爾曼預(yù)測(cè)算法識(shí)別結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)和物理參數(shù)，并利用最小二乘算法估計(jì)未知外部激勵(lì);第二階段利用預(yù)測(cè)估計(jì)得到的預(yù)測(cè)加速度與觀測(cè)加速度間誤差的突變來(lái)判斷結(jié)構(gòu)剛度參數(shù)發(fā)生突變的時(shí)刻和結(jié)構(gòu)可能發(fā)生損傷的單元;第三階段通過(guò)求解有約束的優(yōu)化函數(shù)得出發(fā)生損傷的確切單元和損傷程度，并在線更新結(jié)構(gòu)剛度參數(shù)以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別。通過(guò)數(shù)值模擬并應(yīng)用臺(tái)灣大學(xué)Chin-Hsi

3、ungLoh教授提供的三層鋼框架結(jié)構(gòu)損傷實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)對(duì)該算法進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果表明這種方法能夠在未知外部激勵(lì)的作用下，能有效的在線追蹤結(jié)構(gòu)剛度參數(shù)的突變和識(shí)別未知激勵(lì)，并具有良好的抗噪性。
　　由于隨自由度的增多，將復(fù)雜結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體進(jìn)行識(shí)別會(huì)大大降低計(jì)算效率，使精度變差。因此本文第三章引入子結(jié)構(gòu)的方法，將一個(gè)自由度數(shù)目較多的整體結(jié)構(gòu)劃分為若干子相對(duì)獨(dú)立的子結(jié)構(gòu)，各子結(jié)構(gòu)在公共邊界的節(jié)點(diǎn)處相連接，對(duì)每個(gè)小結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行實(shí)時(shí)的損傷識(shí)別

4、，其中子結(jié)構(gòu)間的相互作用力可視為施加給結(jié)構(gòu)的“附加未知激勵(lì)”，此“附加未知激勵(lì)”可由相鄰子結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息進(jìn)行計(jì)算后得到傳遞，因此相鄰子結(jié)構(gòu)界面自由度響應(yīng)無(wú)需觀測(cè)仍能精確識(shí)別。該方法可用于子結(jié)構(gòu)界面自由度響應(yīng)不觀測(cè)的情況。提高了傳感器布置的靈活性，在減小傳感器布置難度的同時(shí)也減少了布置傳感器所需的費(fèi)用，較經(jīng)濟(jì)實(shí)用。通過(guò)一未知激勵(lì)下大型桁架劃分為兩個(gè)子結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行實(shí)時(shí)損傷追蹤的數(shù)值算例，驗(yàn)證觀測(cè)信息不完備情況下該方法的有效性和可靠性。

5、>　　大多數(shù)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和振動(dòng)控制系統(tǒng)都是分開(kāi)實(shí)施而不是在線進(jìn)行的。由于對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)控制時(shí)，結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)往往因施工、使用年限等原因不能精確得到，因此會(huì)使結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制效果大打折扣，且將這兩項(xiàng)系統(tǒng)分開(kāi)實(shí)施較耗費(fèi)成本。針對(duì)這一問(wèn)題本文第四章提出一種新的結(jié)構(gòu)損傷追蹤和瞬時(shí)最優(yōu)控制實(shí)時(shí)相結(jié)合的時(shí)域算法。在對(duì)結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)信號(hào)部分觀測(cè)的情況下，在線完成對(duì)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)識(shí)別包括動(dòng)力響應(yīng)和物理參數(shù)的識(shí)別，未知外部激勵(lì)的識(shí)別，同時(shí)在線追蹤結(jié)構(gòu)的損傷