基于变权优化的结构损伤识别方法

许多结构损伤识别方法通常归结为一个基于模态参数匹配的优化问题,测试信息的非完整性及测试噪音的影响经常导致解的非唯一性、解的高散性这样一些问题.基于这类目标函数构造格式的可变性,本文提出了基于变权优化的结构损伤识别方法,对不同误差函数分量进行变权综合,采用渐变的权重系数依次重构优化问题的目标函数,以顺序更新的初值进行优化问题求解,通过随机初值方法和最优灵敏度方法分析不同权重系数下解的不确定性特征,以降低特定误差函数可能存在的初值依赖性并改进识别精度,数值模拟算例显示这种方法的有效性.     

基于改进灰狼优化算法的结构损伤识别

结合模态柔度矩阵、广义模态柔度矩阵和振型三个识别精度较好的指标,构造新的目标函数求解损伤识别问题。通过Nelson方法求解得到的频率与振型的导数,得到对结构刚度发生变化时更具敏感性的位置,然后在这些位置布置传感器以提取结构信息。针对原有的灰狼算法虽然全局搜索能力强,但是存在局部搜索精度差的问题,本文从初始种群和收敛因子等方面着手,改善灰狼算法的局部搜索能力及收敛速度。最后利用提出的方法,通过识别梁模型及桁架模型中的损伤单元说明本文方法的有效性。     

用神经网络和优化方法进行结构参数识别

本文分别采用优化方法和神经网络方法,对工程中经常碰到的结构参数识别问题进行了研究,论文对一个二层试验框架和香港青马大桥马湾塔的实测资料进行了分析,结果表明,两种方法对于解决实际 工程结构的参数识别问题都是可行的,精度可以满足工程要求,并对这两种方法作了对比,指出了各自的优缺点和值得进一步研究的问题。     

基于静力柔度灵敏度的网架结构损伤识别

采用模态参数来组集网架结构的柔度矩阵面临较多困难,如所需模态数量较多、测点数量有限和密集模态识别精度较低等．相比之下,基于静力测试的柔度矩阵具有测试精度较高、无截断误差的优点．文中提出一种基于静力柔度灵敏度、先定位后定量的网架结构损伤识别方法．首先,针对柔度灵敏度方程容易产生病态解的问题,构造一种奇异值贡献指标以合理截断柔度灵敏度矩阵的奇异值,从而提高解的精度．其次,结合前述奇异值截断策略,在不更新刚度矩阵的前提下,通过多次计算来逐步缩减疑似损伤杆件,从而降低未损杆件的干扰和实现损伤杆件的定位．最后,仅保留灵敏度矩阵中已定位损伤杆件对应的列,在迭代计算中不断更新刚度矩阵来进行损伤杆件的定量识别．以某网架结构为例进行数值分析．结果表明：提出的奇异值贡献指标具有明显的突变位置,可方便地指出灵敏度方程奇异值截断位置;提出的两步识别法在仅利用竖向自由度的情况下具有较好的抗噪能力,可有效定位和定量识别损伤杆件．     

基于移动车载响应的连续梁损伤识别

应用有限元法将连续桥梁结构离散为两跨耦合欧拉-伯努利梁模型.利用Newmark直接积分法求出在移动车载作用下桥梁的动态响应,并进一步推导出动态响应桥梁对物理参数(如杨氏模量)的时域灵敏度.在反问题中利用基于响应灵敏度的有限元模型修正法识别出桥梁的局部损伤,并讨论了人工测量噪声对损伤识别结果的影响.算例表明本文方法能够快速有效地识别出耦合梁系统的局部损伤,并具有精度高、对测量噪声不敏感等特点.     

基于高次广义柔度灵敏度的结构损伤识别

柔度矩阵可以由结构的低价模态近似计算获得,因此被广泛用于结构的模型修正和损伤识别中.由普通柔度派生而来的广义柔度,可以由低价模态数据更加精确的获得,且随着广义柔度次数的增高其精度越高,往往只需要第一或二阶模态数据即可获得很准确的高次广义柔度.因此,广义柔度灵敏度方法自提出以来受到广泛关注.论文详细研究了基于高次广义柔度灵敏度的损伤识别计算方法,研究中发现,利用广义柔度灵敏度进行损伤识别计算时,并非越高次的广义柔度其识别结果越准确,随着广义柔度次数的增加,损伤识别结果精度呈现出先提高但随后显著降低的趋势.究其原因在于,虽然随着广义柔度次数的增加,广义柔度本身的精度更高,但与之相应的灵敏度方程组系数矩阵的条件数却也显著增大了,即方程组的病态性反而更加严重了,这导致了基于高次广义柔度计算所得的损伤参数的精度反而不如低次广义柔度的情况.因此,论文的研究表明,工程中利用广义柔度进行模型修正或损伤识别时,一般采用一次广义柔度或二次广义柔度即可,且计算中为了克服方程组的病态性和数据噪声的不利影响,论文提出了一种反馈奇异值截断法,能够明显提高计算精度,获得较准确的识别结果.     

一种新的结构损伤识别试验方法研究

提出在构件上增设附加质量来模拟结构损伤的试验方法,证明了质量增加与刚度降低的等价关系.以简支梁为例,给出了采用附加沙袋法、悬挂质量法两种附加质量方式模拟结构损伤的具体试验方案,完成了多工况下简支梁附加质量模拟结构损伤的动测试验.通过试验验证了本文所提方法的正确性,得出了在梁构件上采用附加沙袋法可准确模拟出不同损伤位置、...     

基于等效单元概念的梁结构损伤定位方法

研究目的是为梁结构提供一种基于等效单元概念的新损伤定位方法.区分刚度损伤和质量损伤两种情况, 分别对连续梁和简支梁给出了具体的损伤定位方法. 利用的具体指标是支座反力和跨中位移. 文中的新方法都可以得到以小区间表示的损伤位置结果, 有效性得到了数值模拟算例和模型实验的验证.     

灰色相关性分析在结构静力损伤识别中的应用

基于灰色理论的相关性分析方法，首次提出了灰色曲率关联系数的概念并将其应用到结构的静力损伤识别中，提出了对局部损伤十分敏感的静态位移曲率置信因子SDCACi，通过该因子的大小对各节点所连接的单元是否会发生损伤进行精确的判断，然后运用最小二乘法对损伤区域的损伤程度进行识别．并将该方法应用于两端固支梁的损伤识别中，由识别结果可以证明：不论测量数据(用有限元仿真计算并考虑了测量误差)的多少，该方法对结构中的单损伤和多损伤都能进行准确的定位，因此该方法在大型结构及复杂结构的损伤识别中具有广阔的应用前景．     

结构可靠性优化的三阶段解耦方法

为提高基于可靠性的结构优化效率,提出一种三阶段解耦分析方法。第一阶段利用可靠性安全因子进行确定性优化,并将确定性优化结果作为初始样本点;第二阶段利用可靠性灵敏度和重量因子对样本点进行调整,获取目标函数与失效概率的数据集合;第三阶段利用目标函数与失效概率的关系,曲线获取可接受失效概率对应的目标函数,并求解最终优化设计变量。本文方法只需一次确定性优化,且现有结构可靠性求解算法均可使用,适应性强。算例分析结果表明,本文方法可以明显减少失效概率评估次数,且计算结果对可靠性安全因子与重量因子不敏感。     

基于损伤诱导矢量及元素位置矢量诊断结构损伤

通过引入损伤诱导矢量和元素位置矢量,作者构造一种采用模态测试数据诊断结构损伤的新方法。利用损伤诱导矢量能迅速排除无损伤元素,缩小识别范围。这里认为结构损伤是由一个或多个元素的损伤引起的,采用元素损伤矢量ｈ１＝（ａｉ,ｂｉ,ｃｉ）描述元素ｉ及损伤程度及类型。该方法构造简单,能大幅度降低计算量。文中以浅拱为例,给出各种损伤情况与下的诊断结果,以说明其有效性。     

基于附加虚拟质量的结构损伤识别方法

针对大型土木结构的模态信息往往对局部损伤灵敏度较低的特点,提出通过在各个子结构上附加虚拟质量的方法提高局部灵敏度,实现整体结构的准确损伤识别。该方法无需在结构上布置真实质量,它首先利用虚拟变形法（VDM）可进行结构快速重分析的思想,由实测结构的激励和加速度响应,构造结构附加虚拟质量后虚拟结构的频率响应;然后结合灵敏度分析和附加质量与频率关系,确定所需附加质量和对应具有较高灵敏度的频率;最后分别在每个子结构上附加虚拟质量,联合所有虚拟结构和对应的频率即可准确快速地识别出整体结构各个子结构的损伤。本文通过两层平面框架有限元模型验证了附加质量损伤识别方法的有效性。     

环境温度影响下基于支持向量机与强化飞蛾扑火优化算法的结构稀疏损伤识别

结构处于自然环境中常会受到环境温度变化的影响,引起实测动力响应出现较大误差,进一步影响对结构健康状况的判定.另外,基于优化算法的损伤识别在反演损伤位置及量化损伤程度时,易出现局部最优解,且计算效率低下.针对以上难题,本文提出一种结合支持向量机与强化飞蛾扑火优化算法的损伤识别方法,用于对环境温度影响下的结构稀疏损伤进行识...     

一种基于应力的双方向结构拓扑优化算法

基于传统的渐进结构优化方法,提出了一种基于应力的双方向渐进拓扑优化算法。该方法是对传统方法和目前的双方向法的改进和完善。算例表明该方法能避免目前的双方向法具有的解的振荡问题,具有更高的可靠性,能获得更佳的拓扑结构。     

An efficient method for structural optimization

Based on the dual theory of nonlinear mathematical programming and the second order Taylor series expansions of functions, an efficient algorithm for structural optimum design has been developed. The main advantages of this method are the generality in use, the efficiency in computation and the capability in identifying automatically the set of active constraints. On the basis of the virtual work principle, formulas in terms of element stresses for the first and second order derivatives of nodal displacement and stress with respect to design variables are derived. By applying the Saint-Venant's principle, the computational efforts involved in the Hessian matrix associated with the iterative expression can be significantly reduced. This method is especially suitable for optimum design of large scale structures. Several typical examples have been optimized to test its uasefulness.     

基于单元密度进化步长控制的双向渐进结构优化方法

在渐进结构优化方法中,单元密度的进化步长是获得全局最优解的关键因素之一。为了提高渐进结构优化方法的全局寻优能力,提出一种基于单元密度进化步长控制的双向渐进结构优化方法。该方法根据各单元对结构性能影响的权重系数,建立单元密度进化步长的控制模型以控制主/次要单元的删除速率和添加速率,减小灵敏度误差并抑制灰度单元的产生。在控制单元密度进化步长的基础上结合双向渐进结构优化方法中添加单元的特点,以避免由于误删单元导致优化失败。同时,采用灵敏度再分配技术抑制棋盘格式以获得更平滑的优化构形。最后,通过两个算例验证了本文方法能有效地通过控制单元密度进化步长提高全局寻优能力。     

基于随机有限元的非线性结构稳健性优化设计

结合结构优化技术和摄动随机有限元方法研究了非线性结构稳健设计问题。将结构稳健性优化设计问题构造为双目标优化问题。优化目标包含结构性能函数的期望值和标准差。约束函数的变异也给予考虑,并采用基于函数梯度的算法进行求解。为对具有路径相关特征的非线性结构性能及结构响应的平均值及标准差进行分析。本文采用缩减的随机变量,提出了基于增量法的摄动随机有限元计算格式。在此框架下,进一步提出以一般泛函形式表达的结构性能的平均值和方差及其灵敏度的计算格式。为显示方法的有效性。文中给出几个数值算例。