空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)損傷診斷及其健康監(jiān)測(cè)若干問(wèn)題研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)空間結(jié)構(gòu)的使用要求向大跨度方向發(fā)展?？臻g網(wǎng)架結(jié)構(gòu)由于受力合理，外形美觀，能提供大跨度的使用空間，在近三四十年來(lái)已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。為保證生命財(cái)產(chǎn)安全，避免災(zāi)難性事故發(fā)生，采取有效的技術(shù)手段及方法，在不影響結(jié)構(gòu)使用的情況下診斷結(jié)構(gòu)的損傷情況，監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的工作狀況以及對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行評(píng)估，有著十分重要的工程及現(xiàn)實(shí)意義。為此，從空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別及損傷診斷、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)智能健康監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中光纖

2、光柵智能傳感材料的實(shí)現(xiàn)技術(shù)以及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)重要支撐構(gòu)件中的傳感器優(yōu)化布置等不同角度對(duì)涉及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的一些關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了分析研究。 對(duì)于大多數(shù)空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，一般認(rèn)為其構(gòu)件主要受軸向力的作用，因此，將空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)視為空間桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，提出了空間桿系結(jié)構(gòu)應(yīng)變模態(tài)的推導(dǎo)方法。由于空間桿單元僅存在軸向應(yīng)變，因此可按照有限元的方法建立其應(yīng)變模態(tài)與振型的關(guān)系，即應(yīng)變模態(tài)可通過(guò)振型矩陣左乘一個(gè)常數(shù)矩陣得到，而且應(yīng)變模態(tài)也具有與振型相似的正

3、交性，從而可進(jìn)一步推導(dǎo)應(yīng)變模態(tài)的矩陣攝動(dòng)以及空間桿系結(jié)構(gòu)的單元攝動(dòng)向量。 使用結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性的變化來(lái)識(shí)別損傷是一種方便有效的方法，使用該方法首先要識(shí)別結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。在結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別中，一般使用的是結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)或位移響應(yīng)數(shù)據(jù)。根據(jù)應(yīng)變模態(tài)與振型之間的關(guān)系，使用結(jié)構(gòu)的應(yīng)變響應(yīng)數(shù)據(jù)也能夠測(cè)得結(jié)構(gòu)的頻率和應(yīng)變模態(tài)。結(jié)合傳感器優(yōu)化布置的有效獨(dú)立法，提出了基于單元攝動(dòng)向量的傳感器優(yōu)化布置的方法。在此基礎(chǔ)上，使用特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)法和隨機(jī)

4、子空間方法，通過(guò)桿件應(yīng)變的自由響應(yīng)數(shù)據(jù)或等效數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的識(shí)別。 在基于結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的損傷識(shí)別中，由于考慮了結(jié)構(gòu)建模誤差及測(cè)試數(shù)據(jù)的不完備性和噪聲的影響，基于貝葉斯理論的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的方法能夠取得較好的識(shí)別效果，基于此，提出了一種基于結(jié)構(gòu)應(yīng)變模態(tài)的統(tǒng)計(jì)損傷識(shí)別方法。在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，龐大的單元數(shù)量會(huì)導(dǎo)致計(jì)算無(wú)法實(shí)現(xiàn)，為了解決這一問(wèn)題，提出了一種向量相似度的定義。考慮到單元的攝動(dòng)向量代表了單元對(duì)模態(tài)攝動(dòng)的貢獻(xiàn)的大小，根據(jù)單元

5、攝動(dòng)向量的相似度，對(duì)結(jié)構(gòu)中的單元進(jìn)行了分組。通過(guò)分組，結(jié)構(gòu)損傷診斷可分兩步完成：首先識(shí)別出所有可能損傷單元的范圍；然后在可能損傷單元的范圍中識(shí)別出單元的損傷。同時(shí)，為了提高使用攝動(dòng)矩陣識(shí)別較深程度損傷時(shí)的誤差，提出了一種攝動(dòng)矩陣的迭代修正算法。結(jié)合工程實(shí)踐，研究了大型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。由于光纖光柵智能傳感材料的諸多優(yōu)點(diǎn)，其在結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文研究了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中光纖光柵智能傳感材料及傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，并

6、創(chuàng)造性地提出了雙向粘貼光纖光柵傳感器的施工工藝及應(yīng)力應(yīng)變傳感模型，采用此方法同時(shí)得到結(jié)構(gòu)表面測(cè)點(diǎn)X方向和Y方向的應(yīng)變。結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用，進(jìn)一步探討了光纖應(yīng)用時(shí)的損耗特性，指出了實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。 在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)中，其重要支撐構(gòu)件是結(jié)構(gòu)的安全性的主要影響因素，而支撐構(gòu)件上的荷載又是判斷構(gòu)件工作狀況的重要信息。在結(jié)構(gòu)的荷載識(shí)別方法中，模糊模式識(shí)別方法一種快速準(zhǔn)確的方法，可用于對(duì)結(jié)構(gòu)荷載的在線識(shí)別，從而更好地進(jìn)行結(jié)構(gòu)的狀態(tài)