基于遺傳算法的梁類構(gòu)件動(dòng)力損傷識(shí)別方法研究.pdf

1、在結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期服役的時(shí)候,由于結(jié)構(gòu)自身的疲勞、外界環(huán)境的腐蝕以及材料的老化等多項(xiàng)因素的作用會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷的不斷累積,甚至最終發(fā)生斷裂破壞。目前損傷識(shí)別技術(shù)大部分是通過(guò)結(jié)構(gòu)的整體動(dòng)力響應(yīng)信號(hào)來(lái)推求模態(tài)參數(shù),然后再通過(guò)模態(tài)參數(shù)的改變量來(lái)診斷結(jié)構(gòu)損傷的位置和程度。這種識(shí)別方法操作簡(jiǎn)單、成本相對(duì)較低。但是由于測(cè)試過(guò)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(lì)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(shí)際運(yùn)用帶來(lái)困難。因

2、此利用整體層次上的檢測(cè),大致判定結(jié)構(gòu)損傷的位置,然后對(duì)結(jié)構(gòu)可能的損傷部位進(jìn)行局部構(gòu)件檢測(cè)?；谶@一思想的識(shí)別方法才是比較現(xiàn)實(shí)和有效率的。本文利用局部振動(dòng)對(duì)梁類構(gòu)件進(jìn)行動(dòng)力損傷識(shí)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(dòng)方程,建立了梁類構(gòu)件兩端彈性約束損傷識(shí)別理論模型,由此得到了Timoshenko梁兩端彈性約束損傷識(shí)別模型的頻率方程、振型系數(shù)方程以及單元平均應(yīng)變模態(tài)。通過(guò)結(jié)構(gòu)的矩陣特征問(wèn)題,

3、推導(dǎo)出梁類構(gòu)件中間單元損傷時(shí),引起梁上各個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)變模態(tài)的變化量的理論公式,由節(jié)點(diǎn)應(yīng)變模態(tài)變化量得出單元的平均應(yīng)變模態(tài)改變量。建立的損傷理論模型以及推導(dǎo)出的方程,能很方便的求出損傷發(fā)生時(shí),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(lái)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(lái)代替實(shí)物模型,用ANSYS的模態(tài)分析來(lái)代替實(shí)物模型的模態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)),用模擬兩端彈性約束的彈簧常

4、數(shù)的改變來(lái)模擬彈性約束的損傷,用中間單元彈性模量的改變來(lái)模擬中間單元的損傷。通過(guò)ANSYS的模態(tài)分析,獲得其固有頻率、振型以及單元平均應(yīng)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(yīng)變模態(tài)與測(cè)量平均單元應(yīng)變模態(tài)差的絕對(duì)值之和為最小的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),形成梁類構(gòu)件彈性約束損傷識(shí)別遺傳算法優(yōu)化的思想;得到以各個(gè)損傷單元應(yīng)變改變量之差絕對(duì)值最小為優(yōu)化子目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題,形成梁類構(gòu)件中間單元

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