基于改进蜂群算法的结构损伤识别

人工蜂群算法是一种元启发式算法,具有构架简单、易于操作、鲁棒性较好的特点。本文对原始蜂群算法进行了完善:在食物源的遴选方式上,采取锦标赛机制代替标准算法的轮盘赌机制;在跟随蜂阶段引入局部搜索能力更强的公式来刻画蜜蜂采蜜过程。将结构的损伤归结为单元刚度的折损,然后利用频率残差和模态确保准则(MAC)构建问题的目标函数,再使用原始算法和改进的算法求解该非线性优化问题,得到最后识别结果。算例表明,改进算法比原始算法能够更加有效地识别出局部损伤,并且抗噪能力更强。     

改进的布谷鸟算法在结构损伤识别中的应用

布谷鸟算法受自然界中布谷鸟寻找鸟窝产卵过程启发而提出,其参数设置简单且效率高。为了平衡布谷鸟算法的求解速度和精度,提高算法的全局搜索能力,本文应用动态步长和锦标赛选择策略对原算法进行性能改进,并将其应用于结构损伤识别。在数值模拟中,选取频率等系统参数建立用于结构损伤识别的目标函数。基于改进的算法求解目标函数。最后分析得出结构损伤情况。数值结果显示,改进后算法准确识别损伤单元,并对噪声不敏感;验证了其有效性和实用性,可进一步应用于工程。     

基于实测挠度、转角和曲率的细长梁分段抗弯刚度识别研究

静载试验是获得结构真卖特性的重要方法和途径，具有直观、可靠的特点。本文基于静载试验实测的挠度、转角和曲率，建立目标函数，通过优化的方法，实现结构分段截面抗弯刚度参数的识别。研究了优化目标函数的建立、优化算法的选取与实现；通过数值算例和一片简支梁静载试验实例分析，对方法的正确性与可行性进行了验证，所得结果可用于结构损伤识别和安全性能评估。     

基于改进遗传算法的桥梁结构损伤识别应用研究

提出了一种基于残余力向量和改进遗传算法的桥梁结构损伤识别方法。在无噪声的情况下,使用任意一阶模态数据,残余力向量法都能够对损伤进行准确定位。但是,振动测试数据中往往包含噪声,导致运用残余力向量法进行损伤识别完全不可行。考虑到这个问题,在常规模态分析的基础上,以节点的残余力向量构造目标函数,提出了一种用于遗传搜索优化的目标函数形式。利用改进遗传算法重点进行了噪声条件下的结构损伤定位和定量研究,并对遗传算法的参数选取问题进行了深入探讨。遗传算法的主要改进包括:采用浮点编码、采用基于标准化几何分布排名的选择策略、采用最优保存策略、采用算术交叉算子、采用自适应变异算子。最后,本文用一个连续梁桥模型进行了数值模拟,验证了所提出方法的有效性,并对方法应用中存在的一些问题进行了深入探讨。     

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。     

自由度缩聚的柔度损伤诊断法

为了提高结构在模型自由度缩聚情况下的损伤识别结果的精度,本文推导了基于改进Guyan 缩聚法的结构振动方程式．通过求解振动特征方程,利用其特征值和特征向量构建结构缩聚后的柔度矩阵表达式,并引入结构缩聚后的柔度曲率矩阵差和柔度曲率矩阵变化率两个损伤指标,将引入的新损伤指标应用于平面桁架的损伤识别．研究表明：不管是单损伤还是多损伤,仅仅需要一阶模态参数,利用其引入的新损伤指标就可以精确地识别出损伤杆单元位置．即使在高强度噪音的影响下,也保证了其损伤识别结果的精确性．验证了本文基于改进的Guyan 缩聚法推导出的损伤指标具有较好的损伤定位性能和较高的抗噪性能．     

基于应变模态和稀疏贝叶斯学习的网架结构损伤识别

传统稀疏贝叶斯学习算法进行损伤识别时需要对每个单元进行刚度损伤系数的迭代更新,当结构单元众多时,存在计算效率低和对振型的完备性要求高等问题.本文提出了损伤识别两步法,首先利用应变模态差指标进行疑似损伤单元的判断;接着以单元刚度损伤系数为目标参数,建立结构损伤识别的多层次稀疏贝叶斯学习模型,利用稀疏贝叶斯学习算法进一步识...     

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.     

基于残余力向量法和改进遗传算法的结构损伤识别研究

提出了一种基于残余力向量法和改进遗传算法的结构损伤识别方法。文中首先对残余力向量法和遗传算法的基本理论进行了介绍。在无噪声的情况下,使用任意一阶模态数据,残余力向量法都能够对损伤进行准确定位。但是,振动测试数据中往往包含噪声,导致运用残余力向量法进行损伤识别完全不可行。考虑到这个问题,在常规模态分析的基础上,以节点的残余力向量构造用于遗传搜索优化的目标函数形式,然后利用改进的遗传算法重点进行了噪声条件下的结构损伤定位和定量研究。最后,本文用一个平面桁架模型进行了数值模拟,验证了所提出方法的有效性,并对方法应用中存在的一些问题进行了深入分析,得出了一些有益的结论。     

基于有限测点信息的结构损伤识别柔度法

利用有限测点获得结构的模态参数,提出了基于有限测点的结构损伤识别的柔度法。该方法是通过仅考虑结构柔度的灵敏度分析,以结构各自由度的损伤信息为条件,选择对结构柔度变化敏感的自由度为测点,并利用有限测点的信息提出了结构完备模态振型的重建技术。在此基础上,对柔度矩阵做关于结构物理参数变化量的一阶泰勒展开,来确定结构单元的损伤因子对结构进行损伤识别。从而实现利用结构有限测点的模态信息来识别结构的损伤,解决了测试结构的模态振型的不完整给结构的损伤诊断带来的困难。通过数值算例说明了该方法的有效性。     

Constitutive Model for the Thermo-viscoplastic Behavior of Hexagonal Close-Packed Metals with Application to Ti-6A1-4V Alloy

In this paper, a new physically based constitutive model is developed for hexagonal close-packed metals, especially the Ti-6 A1-4V alloy, subjected to high strain rate and different temperatures based on the microscopic mechanism of plastic deformation and the theory of thermally activated dislocation motion. A global analysis of constitutive parameters based on the Latin Hypercube Sampling method and the Spearman's rank correlation method is adopted in order to improve the identification efficiency of parameters. Then, an optimal solution of constitutive parameters as a whole is obtained by using a global genetic algorithm composed of an improved niche genetic algorithm, a global peak determination strategy and the local accurate search techniques. It is concluded that the proposed constitutive modal can accurately describe the Ti-6 Al-4V alloy's dynamic behavior because the prediction results of the model are in good agreement with the experimental data.     

基于不完备模态信息的结构损伤识别方法

针对结构损伤识别中的有限测点问题和测试噪声问题,提出一种基于模型修正法的损伤识别方法,仅利用结构的低阶频率和相应的不完备振型进行损伤识别。基于动力缩聚法构造参数化的振型扩展矩阵,解决振型不完备的问题,然后根据交叉模型交叉模态法CMCM(cross-model cross-mode)构造约束方程,并使用Hestenes-Powell增广拉格朗日乘子法求解约束优化问题,从而根据优化问题的最优解判断出损伤位置和损伤程度。在模态数据包含测试噪声的情况下,提出一种改进的CMCM方法,以减小测试噪声对损伤识别结果的影响。对一个25杆平面桁架进行数值仿真实验,结果表明,在3%的噪声水平下,仅需测得损伤结构的前5阶不完备模态,本文方法就能较准确地识别结构损伤。     

多层波导中矢量波动的时域人工边界条件

本文提出了一种近似的时域人工边界条件(artificial boundary condition,ABC)用来模拟含有瑞利阻尼的线弹性多层波导平面内的矢量波动,该ABC是时域稳定的,且能与有限元法无缝耦合.建立ABC的思路是,首先将多层波导的矢量波动方程简化为x方向和y方向解耦的两个标量波动方程;其次基于比例边界有限元...     

基于柔度的桁架结构损伤定位方法

建立了一种基于模态柔度的桁架结构损伤定位方法。从结构柔度矩阵与刚度矩阵的正交关系出发,将损伤结构在观测模态下的节点误差作为损伤定位的动力指纹,通过采用模态参数的一阶矩阵摄动技术,以近似解析的方式推导了本文方法的损伤定位原理。并且通过对一个典型桁架结构的数值模拟研究,验证了本文损伤定位方法的有效性和鲁棒性。研究结果表明,本文基于柔度的损伤定位方法能够在实际观测条件下,准确地识别桁架结构的损伤单元位置。     

Displacement modal identification method of elastic system under operational condition

Modal identification of engineering structure in operation deals with the estimation of modal parameters from vibration data obtained in working conditions rather than laboratory conditions. After one structure destruction during a flight test, it was strongly required to carry out full-scale model testing to acquire the low-frequency vibration acceleration data of the investigated rocket (its structural dynamic properties could be represented by a beam). These vibration data were used to assess the modal properties of the modified structure. In this paper, a new modal identification method based on vibration displacement is suggested. The displacements of the measured points on the rocket are obtained by the integration of the low-frequency vibration accelerations during free flight test. In the method, the data are filtered through wavelet transform. For comparison, several methods are used to extract the modal frequencies of the investigated beam. In terms of the results of standard deviation of identified frequencies, it is believed that the generalized displacement-based modal identification method is more practicable in modal identification for similar problems.     

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。本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,本文的研究表明,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,本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。     

基于主动控制策略的机翼颤振特性模拟

航空航天飞行器舵翼类结构的气动颤振是一种灾难性的动力学行为.在基于偶极子理论的气动弹性动力学模型中,气动载荷可表达为基于结构动力学响应的一种状态反馈的闭环控制力,控制律取决于翼型的几何参数、材料参数、结构动力学特性以及来流速度等多种条件,通常需通过实际飞行或风洞实验进行辨识与检验.在实验室条件下,以系统动力学响应的模态特征等效为前提,提出了一种基于人工主动控制的方式进行气动载荷下舵翼类结构自激颤振的特征值跟踪策略.建立并讨论了等效系统的非自伴随动力学微分方程及其特征方程的求解过程,并与通用软件的计算结果进行了对比,二者具有较好的一致性.通过优化搜索分别获得了位移和速度的最优反馈点、最优作动点位置及最优反馈增益系数,经对比计算拟合得到风速-位移增益曲线和风速-速度增益曲线,从而实现了由单点反馈、单点作动的集中力的闭环控制等效系统的真实气动力分布控制.仿真算例表明,由此预示的实验过程无需辨识和重构非定常气动力的时域波形,无需其他干预即可实现地面模拟实验,主动控制的效果满足预期,初步实现了自激颤振的特征值跟踪,为进一步推动主动控制模拟实验及颤振参数辨识提供了基础.      

Solution of Fixed Final State Optimal Control Problems via Simple Cell Mapping

A strategy is proposed to solve the fixed final state optimalcontrol problem using the simple cell mapping method. A non-uniform timestep simple cell mapping is developed to create a general database fromwhich solutions of various optimal control problems can be obtained. Atwo-stage backward search algorithm is proposed to eliminate degeneratedpaths often associated with the simple cell mapping. The proposed methodcan accurately delineate the switching curves and eliminate false limitcycles in the solution. The method is applied to two optimal controlproblems with bang-bang control. The well-known minimum time controlproblem of moving a point mass from any initial condition to the originof the phase plane is studied first. This example has exact solutionsavailable which provide a yardstick to examine the accuracy of themethod. The cell size dependence of the solution accuracy is studiednumerically. The second example is a variable stiffness feedback controlproblem with tuning range saturation. The strategy proposed is able toprovide the switching curves in the phase plane. This result has notbeen obtained before.     

基于改进遗传算法主动柔性结构压电元件位置优化

基于改进的遗传算法提出了一种解决多压电片布置在柔性结构上以实现振动主动控制的有效方法.本文采用D优化设计准则,即把Fisher信息矩阵行列式最大值作为目标函数的一种优化方法.通过对结构模态振型和动力特性的研究,使用一种简单的方法将所选择的低阶模态振型转化为归一化形式,最后通过结构模态振型可确定压电片最优位置.为了达到更好的振动控制效果,压电片布置在结构模态应变最大位置处.当在结构不同位置上布置压电片时,结构各阶模态振型也将随之发生不同程度的变化.本文建立了ANSYS软件和遗传算法的接口来实现对结构的模态重分析,从而提取各阶模态振型.