基于应变指标和D-S证据理论的简支梁桥损伤识别

为了提高桥梁结构的损伤识别准确率,并摆脱对桥梁损伤前信息的依赖,提出基于应变指标和D-S证据理论(Dempster提出由Shafer完善形成的一种推理理论)的损伤识别方法。首先采用结构损伤状态下的动态应变响应分别构建应变标准差(SSD)指标和平均伪比能(APSED)指标;然后利用曲线拟合技术对两个应变指标进行改进;最后根据D-S证据理论融合两个改进的指标来定位损伤。将所提方法用于一个简支梁桥的数值模型,讨论了损伤程度和测试噪声对损伤识别结果的影响,发现SSD和APSED对噪声具有较强的鲁棒性,且损伤识别结果准确率高,并通过实验研究验证了所提方法的有效性。     

基于损伤分布模型的震损RC框架力学性能分析与实证研究

震损结构的剩余荷载位移响应分析十分重要，是准确评估震后钢筋混凝土(RC)框架结构剩余性能的基础，然而震损结构损伤的不均匀分布为其荷载位移响应的定量分析带来了困难。本文基于纤维梁柱模型提出了一种能够考虑地震损伤不均匀分布的震损RC框架数值模型。基于震损RC框架的损伤现象对其损伤分布进行了量化，考虑了材料损伤沿柱高度与截面深度的分布；基于量化结果分别确定了RC框架中各纤维梁柱单元中不同位置处纤维的损伤本构关系，并对其剩余荷载位移响应进行了定量分析；以一个一榀三层四跨的RC框架试验为算例，对模型进行了验证。结果表明，本文模型能够较为准确地模拟震损RC框架的剩余荷载位移响应，其中最大剩余承载力、刚度和屈服强度等各项指标计算误差均值均在10%以下，因此本文模型能够为震后RC结构的评估工作提供一种新的思路。     

基于振动响应相关性的简支梁桥损伤识别方法

针对已有的结构损伤识别方法需要已知结构损伤前的响应信息这种情况,尝试将提升小波变换与振动响应相关系数结合起来,提出一种不需要知道结构损伤前响应信息的简支梁桥结构损伤识别新方法。利用移动荷载激励作用下数值计算出的结构位移响应和经过提升小波变换处理后的位移响应,分别计算出相应的损伤指标,即位移响应相关系数曲率(Correlation Coefficient Curvature,CCC)。发现由提升小波变换处理后的位移响应计算出的损伤指标相对于直接利用位移响应计算出的损伤指标,损伤识别效果有很大提升,且基本不受车辆行驶速度的影响。通过对多种损伤工况下的简支梁桥的数值模拟和跨中损伤工况下的模型实验,证实了该损伤识别方法在结构损伤前响应信息未知的前提下,仍然具有可行性和有效性。     

基于移动时间窗和时空窗主成分分析组合特征的损伤识别方法

近年来，机器学习算法在结构损伤识别领域得到了广泛应用。已有研究表明，设计良好的输入特征能够适应多种算法，从而减少调参时间和计算成本，并提高算法的识别准确率。本文引入移动主成分分析和时空窗主成分分析方法提取损伤敏感的特征组合作为机器学习输入，使用双跨平面梁有限元模型生成的模拟应变数据对组合特征的损伤识别效果进行验证。结果表明，良好的特征向量组合对损伤更加敏感，不仅有助于识别在传感器周围发生的损伤，而且能有效地定位结构边缘和远离传感器位置处的损伤，从而提高算法的损伤识别效果。此外，多种噪声强度下的实验表明，组合特征具有良好的鲁棒性，能较好地适应外界环境的变化。     

基于转角模态和小波神经网络的连续梁损伤识别研究

基于小波奇异性检测原理和神经网络非线性映射能力,结合结构基本模态参数,提出了一种结合小波神经网络与结构转角模态的损伤识别方法．首先,建立三跨连续梁的有限元模型获取结构模态参数,并对其进行Mexihat小波变换,通过系数图突变点判断结构损伤位置．然后,将小波系数模特征向量作为BP神经网络的输入,分别研究了该方法在单损伤和多损伤工况下的识别能力．最后将不同工况下神经网络预测值与结构实际损伤程度进行对比,得到单处损伤预测误差平均值为0.22%,多处损伤预测误差平均值分别为0.22%和0.18%,结果表明该方法在结构损伤识别方面的有较高有效性及精确度．     

基于小波分析和变异系数的简支梁桥损伤识别

为了提高对桥梁结构损伤位置的识别精度及准确性,利用应变对结构局部损伤敏感的特性,提出了基于小波分析和变异系数的简支梁桥损伤识别新方法。在移动荷载作用下,对简支梁桥动态应变响应进行二进离散小波变换,将叠加在一起的多阶模态响应进行分离;根据差分法和统计参数,构建出低阶应变响应的变异系数双重曲率(Double Curvature of Variation Coefficient,DCVC)损伤指标。以简支梁桥作为研究对象,将所提方法通过有限元数值模拟和模型实验给予验证。研究结果表明:该方法成功摆脱了对健康结构响应数据的依赖,可以准确识别出简支梁桥不同位置不同程度的单处、多处损伤,且受移动荷载行驶速度的影响较小,在简支梁桥损伤识别研究中具有很好的识别效果。     

随机梁式结构静力损伤识别的一种改进方法

针对已有的损伤识别方法会出现损伤误识别的问题,本文在已有方法的基础上发展了一种随机梁式结构静力损伤识别的改进方法。假定静力荷载下梁式结构初始模型参数（如弹性模量和几何尺寸等）及测量误差为随机量,给出已有的基于随机有限元模型的梁式结构静力损伤识别方法,并进一步提出了一种改进方法。该方法通过设定损伤概率指标的阈值和反复迭代对结构损伤识别进行改进。数值算例和简支梁静力试验表明,考虑初始模型的不确定性以及静力响应测量误差,本文方法相较已有方法可以更有效地识别梁式结构的损伤。     

随机梁式结构静力损伤识别的一种改进方法

针对已有的损伤识别方法会出现损伤误识别的问题,本文在已有方法的基础上发展了一种随机梁式结构静力损伤识别的改进方法。假定静力荷载下梁式结构初始模型参数(如弹性模量和几何尺寸等)及测量误差为随机量,给出已有的基于随机有限元模型的梁式结构静力损伤识别方法,并进一步提出了一种改进方法。该方法通过设定损伤概率指标的阈值和反复迭代对结构损伤识别进行改进。数值算例和简支梁静力试验表明,考虑初始模型的不确定性以及静力响应测量误差,本文方法相较已有方法可以更有效地识别梁式结构的损伤。     

基于广义卡尔曼滤波的桥梁结构物理参数识别

基于广义卡尔曼滤波提出了随机荷载作用下桥梁结构物理参数的识别方法。首先,以荷载为观测对象,推导出基于有限元模型的桥梁结构系统的观测方程,以结构待识别的物理参数为状态向量,建立系统状态方程;然后,对该状态方程和观测方程构成的非线性参数系统应用广义卡尔曼滤波,从而识别出结构的物理参数。对一座简支梁桥和一座三跨连续梁桥在不同工况下的物理参数识别进行了数值仿真,结果表明本文方法能够准确地识别桥梁结构全部刚度参数、质量参数和阻尼参数,且具有很强的抗噪性能,从而验证了本文方法的有效性和鲁棒性,可应用于识别大型桥梁结构的物理参数。     

基于深度学习和近场动力学的层合板冲击工况识别

在冲击荷载作用下复合材料会产生断裂和分层等损伤。基于损伤数据对冲击工况进行识别，对改善复合材料的设计和确保其安全使用具有重要意义。基于此，本文提出一种基于深度学习和近场动力学（PD）理论的层合板冲击工况识别方法。首先使用改进的表面修正系数PD理论建立复合材料层合板刚体冲击损伤演化分析PD模型，PD模型数值模拟结果结合噪声数据增强技术构建层合板的冲击工况数据库；基于深度学习-卷积神经网络（CNN），对不同工况下的冲击损伤演化数据进行训练，实现对未知冲击工况的识别。结果显示，对于钢球冲击速度和角度的识别准确率均高于90%。     

基于荷载形函数的大跨桥梁结构移动荷载识别

大跨桥梁结构中的移动荷载识别是结构健康监测的重要组成部分之一,其作为动力学中的反问题,存在唯一性及稳定性等病态问题。本文首先推导出移动荷载作用下结构响应的卷积形式的离散公式,然后利用有限元理论中的形函数拟合移动荷载,推导出基于荷载形函数的移动荷载识别表达式。将移动荷载的识别转化为荷载形函数拟合系数的识别,降低了需要识别的未知量,减小了逆运算的计算量,消除或减弱逆问题病态性,并提高了计算效率。利用某大跨刚构-连续预应力混凝土桥梁修正后的有限元模型进行数值仿真,考虑路面粗糙度,由模态叠加法计算移动荷载作用下的响应;然后采用荷载形函数方法识别移动荷载,证明该方法在5%以下的噪声时能快速并精确识别复杂桥梁结构的移动荷载。     

基于线性多点逼近方法的结构局部非线性损伤识别

结构损伤通常伴随一定的非线性响应特征,当非线性特征较为明显时,单纯的有限元更新方法无法克服本身所固有的非线性特征的限制,在动力特性测试中也存在许多困难.本文研究时域内损伤识别方法,将局部非线性结构损伤等效为一个的附加子结构,基于线性多点逼近方法,将一个非线性损伤识别问题转化为作用于线性模型的载荷识别问题.通过结构非线性响应识别出等效附加力的时间历程,利用附加子结构的输入输出特性识别实际结构的单元损伤特性.在所提出的识别方法理论算法基础上,对单元刚度线性损伤和非线性损伤形式进行了数值模拟,算例显示这种方法的有效性.     

基于模态数据的长细结构小损伤精确识别研究

本文针对现有的损伤识别方法不能满足部分结构损伤识别精度要求的现状，对结构的小损伤精确识别方法开展研究．以长细结构为研究对象，对具有不同损伤位置和损伤程度的圆柱形的轻阻尼梁结构进行了数值分析和实验研究，应用数值计算方法和实验确定的特征向量和特征频率对长细结构裂缝参数进行识别计算．本文在研究过程中编制了一个创新性的预测程序，通过其一次性生成目标函数图来选择合适的初始参数，从而对识别结果进行分析．研究结果表明，应用本文提出的识别方法，裂缝位置的识别误差可以控制在0.05 %~0.28 %范围内，裂缝深度识别误差低于7 %．     

双连梁短肢剪力墙结构的随机损伤演化分析

基本于概率密度演化方法和混凝土弹塑性损伤本构模型,本文针对一类新型双连梁短肢剪力墙开展了随机损失演化模拟研究.基于广义概率密度方程分别研究了结构荷载与受拉、受剪损伤随机过程,分析了三者在结构受力全过程中均值、方差以及变异系数的变化特征;通过不同随机参数组合计算结果与结构均值反应的对比,发现宏观结构荷载-位移曲线和细观受拉、受剪损伤随位移变化过程之间存在很大差异;通过分析研究典型位移水平下结构荷载与受拉、受剪损伤的概率密度曲线以及其极限状态下各自所对应的等概率线分布,不仅阐释了随机损伤演化的多样性与复杂性,而且为从本质上认识非线性问题提供了可能途径.     

基于遗传算法的水轮机振动参数识别

通过对水轮机现场测试数据的频域分析，建立了测点位移响应的参数正模型。并基于遗传算法，建立了在时域内识别结构振动参数的数值方法，采用该方法对水轮机位移响应正模型的待定参数识别进行了研究。计算结果表明，所建立的基于遗传算法的参数识别方法具有良好的稳定性、抗观测噪声能力和较高的识别精度，能够反演出比较符合实际情况的位移响应振动模型。这就为荷载识别、结构优化和预报减震效果等后续工作提供了可靠的实施前提。     

考虑材料损伤累积单层柱面网壳在强震下的失效研究

采用考虑钢材损伤累积的本构模型,对跨度15米单层柱面网壳在强震下的失效进行了系统的研究。在大量算例的基础上,考察了屋面质量、矢跨比、初始几何缺陷和长宽比等结构几何参数的变化对柱面网壳失效特征和失效极限荷载的影响,探讨了结构的强震失效模式及失效机理。对大量强度破坏算例在失效时刻的特征响应进行统计分析,建立了考虑材料损伤累积的单层柱面网壳动力损伤模型,可对结构在不同荷载强度下的损伤程度进行评估;提出了单层柱面网壳强震失效判别准则,用于判别单层柱面网壳在强震下的失效极限荷载。     

四肢钢管混凝土格构柱地震损伤模型及试验研究

为了评价巨型组合结构体系中钢管混凝土格构柱的地震损伤情况,对4根四肢钢管混凝土格构柱进行了拟静力试验,得出了四肢钢管混凝土格构柱在水平低周反复荷载作用下的水平荷载-位移滞回曲线、破坏特征和构件损伤情况。在试验所获得滞回曲线的基础上,通过对能量系数和耗能因子的修正,在传统双参数地震损伤模型基础上建立了适用于巨型组合结构体系中钢管混凝土格构柱的考虑无效耗能的双参数地震损伤模型,与试验结果相吻合。结果表明,修正后的模型能够较为准确地反映四肢钢管混凝土格构柱各位移阶段的损伤系数,为巨型组合结构体系中钢管混凝土四肢格构柱及其结构的地震损伤分析提供参考依据。     

基于均匀荷载面曲率的简支裂纹梁损伤识别

为了采用模态参数对结构裂纹进行定位与定量,基于集中柔度模型,采用无质量的扭转弹簧模拟裂纹,建立简支裂纹梁的振动微分方程。针对现有柔度曲率指标仅能判断裂纹的大致范围,基于线性插值理论,建立裂纹位置与相邻测点均匀荷载面曲率差的关系,提出裂纹进一步定位公式,实现裂纹位置的精确定位。针对现有大多数损伤识别方法无法实现裂纹的损伤定量,基于位移曲率与结构刚度和弯矩的关系,理论推导了均匀荷载面曲率的结构刚度损伤程度识别方法,基于弹簧串联原理和线刚度思想,首次提出串联等效线刚度模型,建立裂纹深度与均匀荷载面曲率的关系,实现裂纹深度的定量。通过简支裂纹梁数值算例,考虑多裂纹的损伤情况,验证了新方法对裂纹定位与定量的有效性。     

环境激励下Benchmark结构损伤识别的试验研究

针对结构健康监测中如何利用在线监测数据进行健康诊断的问题,基于时间序列分析提出了一种新的损伤识别方法.首先,获得结构健康状态的监测数据作为参考状态样本,对各数据样本建立ARMA模型并计算模型残差的方差.然后,将未知状态的监测数据作为待检状态样本,代入已建立的参考状态ARMA模型计算新的残差方差.计算发现,损伤前后两状态模型残差方差存在差异.因而,提出以残差方差之比作为损伤敏感特征,并建立基于F分布的假设检验来辨识结构的状态并预警损伤.最后,以Benchmark结构在环境激励下的试验为例,运用本文方法进行了损伤识别研究.结果表明,基于ARMA模型残差方差的损伤敏感特征可准确地区别结构的健康状态和损伤状态,具备结构在线实时损伤识别的应用价值.     

爆炸荷载在圆截面桥梁墩柱上的分布规律

墩柱是桥梁结构的主要承载构件，研究爆炸荷载在墩柱上的分布规律是分析爆炸荷载作用下桥梁结构动态响应的前提。以圆截面桥梁墩柱为研究对象，基于LS-DYNA软件建立了桥梁墩柱的有限元模型，综合考虑炸药当量、爆心高度、爆炸距离和墩柱直径等影响因素，基于数值模拟得到爆心高度低于0.3倍墩柱高度，比例距离为0.5～2.1 m/kg1/3和墩柱直径为0.15～1 m时，爆炸荷载冲量沿墩柱高度和横截面方向上的分布。结果表明:沿墩柱高度方向，地面爆炸或爆心高度为0.1倍柱高时，墩柱前表面冲量近似“单线性”分布，当爆心高度距地面0.2和0.3倍柱高时，墩柱前表面冲量近似“双线性”分布；沿横截面方向的平均净冲量与其前表面冲量之比为常数。基于上述爆炸荷载冲量分布规律，进一步提出了爆炸荷载作用在桥梁墩柱上总净冲量的计算方法，从而为桥梁墩柱抗爆响应分析与设计提供一定的理论基础。