基于遺傳算法的梁類構件動力損傷識別方法研究.pdf

1、在結構長期服役的時候,由于結構自身的疲勞、外界環(huán)境的腐蝕以及材料的老化等多項因素的作用會導致結構損傷的不斷累積,甚至最終發(fā)生斷裂破壞。目前損傷識別技術大部分是通過結構的整體動力響應信號來推求模態(tài)參數(shù),然后再通過模態(tài)參數(shù)的改變量來診斷結構損傷的位置和程度。這種識別方法操作簡單、成本相對較低。但是由于測試過程中產(chǎn)生不可避免的噪聲、傳感器位置和數(shù)量以及激勵力的位置等因素的限制,此方法常常不能夠精確得到損傷位置和程度,這就為實際運用帶來困難。因

2、此利用整體層次上的檢測,大致判定結構損傷的位置,然后對結構可能的損傷部位進行局部構件檢測?；谶@一思想的識別方法才是比較現(xiàn)實和有效率的。本文利用局部振動對梁類構件進行動力損傷識別方法研究。所作的主要工作如下:
　　 首先,根據(jù)Timoshenko梁自由振動方程,建立了梁類構件兩端彈性約束損傷識別理論模型,由此得到了Timoshenko梁兩端彈性約束損傷識別模型的頻率方程、振型系數(shù)方程以及單元平均應變模態(tài)。通過結構的矩陣特征問題,

3、推導出梁類構件中間單元損傷時,引起梁上各個節(jié)點應變模態(tài)的變化量的理論公式,由節(jié)點應變模態(tài)變化量得出單元的平均應變模態(tài)改變量。建立的損傷理論模型以及推導出的方程,能很方便的求出損傷發(fā)生時,模型的固有頻率、振型以及單元平均模態(tài)的該變量。為以后相似的研究帶來了極大的方便。
　　 其次,建立兩端彈性約束梁的ANSYS模型(這里用ANSYS模型來代替實物模型,用ANSYS的模態(tài)分析來代替實物模型的模態(tài)測試實驗),用模擬兩端彈性約束的彈簧常

4、數(shù)的改變來模擬彈性約束的損傷,用中間單元彈性模量的改變來模擬中間單元的損傷。通過ANSYS的模態(tài)分析,獲得其固有頻率、振型以及單元平均應變模態(tài)。
　　 最后,根據(jù)建立的理論模型和ANSYS模型,得到以彈性約束損傷的理論平均單元應變模態(tài)與測量平均單元應變模態(tài)差的絕對值之和為最小的優(yōu)化目標函數(shù),形成梁類構件彈性約束損傷識別遺傳算法優(yōu)化的思想;得到以各個損傷單元應變改變量之差絕對值最小為優(yōu)化子目標的多目標優(yōu)化問題,形成梁類構件中間單元

5、損傷識別遺傳算法優(yōu)化的思想。由此通過遺傳算法,對兩端彈性約束和中間單元的不同位置、不同程度進行損傷系數(shù)的優(yōu)化識別,并對不同適應度函數(shù)所得結果進行了比較和總結。上述提出的對梁類構件彈性約束和中間的單元損傷識別的方法,能夠比較準確的識別出損傷的為位置與程度,特別是對單處和兩處損傷的情況,對早期損傷也有比較好的效果。比如:對彈性約束損傷識別的理論,可用于梁類構件兩端的焊縫進行損傷識別檢測;對中間單元的損傷別理論,可用于吊車梁危險截面的損傷識別