适用于空间网格结构缺陷诊断问题的传感器优化布置研究

摘要

现代的许多土木结构正不断向大型化、复杂化方向发展,新型结构也不断出现,同时,中国在役结构物中有许多建筑物存在不同程度损伤或结构己经进入服役后期,急需损伤鉴定与维修加固,而在进行检测或者加固的时候,一个首要的问题就是如何在建筑结构上安放传感器和安放多少传感器.该文论述了结构缺陷诊断中的传感器优化布置的研究进展,研究的结构类型是空间网格结构,并选取了三种空间网格结构作为计算模型,同时改进形成并采用两种方法——模态应变能系数法和有效无关方法进行传感器的优化布置.利用结构的动力特性和结构参数进行传感器的布置优化,并采用有限元分析得出的理论数据作为计算原始数据.该文采用模态应变能系数方法和有效无关方法进行空间网格结构的传感器的优化布置.从各阶模态向量的相关性和变形能出发,讨论了识别误差最小度准则和变形能准则,以及模型缩减准则等三种传感器优化配置的准则;基于逐一削去能使目标函数减小最快的自由度的原则.使用这两种方法,取得了良好的优化结果.在基于假定结构损伤(结构质量不变,刚度发生变化)的情况下,采用了振型扩阶的方式和用三层BP神经网络程序对结构的传感器布置进行了验证,达到了良好的效果;并对两种方法所得结果作了比较,证明了有效无关方法的优越性;给出三种结构的传感器布置方案.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明和关于论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1概述

1.2传感器优化布置的意义及研究进展

1.2.1传感器优化布置的意义

1.2.2传感器优化布置的研究进展

1.3传感器优化配置的方法和发展现状

1.3.1经验布置

1.3.2利用优化方法进行布置

1.4传感器优化布置的主要问题

1.5本课题的研究的内容

第2章传感器优化布置的准则和基本理论

2.1传感器优化布置的准则及发展现状

2.1.1识别误差最小准则

2.1.2控度/可观度难则

2.1.3模态应变能准则

2.1.4模型缩减准则

2.1.5插值拟合准则

2.1.6其它优化准则

2.2传感器优化布置的基本理论和方法

2.2.1孤立特征值的摄动法

2.2.2有效独立方法

2.3本章小结

第3章基于单元模态应变能系数的传感器优化布置方法

3.1概述

3.2平面桁架结构的传感器优化布置

3.2.1结构的基本参数和图形

3.2.2频率和振型分量选择

3.2.3优化结果

3.2.4优化结果验证

3.3网壳结构的传感器优化布置

3.3.1结构的基本参数和图形

3.3.2频率和振型分量选择

3.3.3优化结果

3.4网架结构的传感器优化布置

3.4.1结构的基本参数和图形

3.4.2频率和振型分量选择

3.4.3优化结果

3.4.4优化结果验证

3.5本章小结

第4章基于有效无关的传感器优化布置方法

4.1概述

4.2平面桁架结构的传感器优化布置

4.2.1传感器的候选集合的确定

4.2.2优化结果

4.3空间网壳结构的传感器优化布置

4.3.1传感器的候选集合的确定

4.3.2优化结果

4.4空间网架结构的传感器优化布置

4.4.1传感器的候选集合的确定

4.4.2优化结果

4.5模态应变能方法和有效无关方法的比较

4.6本章小结

结论和展望

参考文献

致谢