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《大连理工大学》 2006年
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基于计算智能的结构损伤识别研究

邹大力  
【摘要】:在航空航天、机械和土木等领域中,如果能够有效地实现对结构的健康诊断,就可以对结构的安全问题进行早期预警,进而避免安全事故的发生,因此对结构的健康诊断研究意义重大。对于大型复杂结构,传统的无损检测方法,如染色渗透、x射线、Y射线、光干涉、超声波和电磁学检测等都是局部诊断方法,很难对整个结构进行诊断。基于振动的诊断方法是全局诊断方法,对这类方法的研究和应用已经有几十年的历史,但是依然有很多问题需要解决,如测试数据的不完整性,噪声的影响,有限元模型的修正,结构在线诊断等。因此从工程应用的角度出发,研究基于振动的损伤识别技术在复杂结构中的应用是本课题的出发点。按照结构振动测试所获得数据的不同,结构损伤识别方法可以分为基于模态参数的方法、基于频域响应的方法和基于时域响应的方法,本文分别对这三类方法进行了研究。 基于模态参数的损伤识别诊断方法,由于其分析理论完备,数据简单,因此应用最为广泛。但是这种诊断方法,在模型研究和分析方法上没有考虑实际测试误差的影响,因此会产生识别误差。本文为解决该问题,预先考虑到测试误差的影响,构造了基于修正模态参数的诊断模型,从而在一定程度上减小了误差的影响,使基于模态参数的诊断结果较好地反映结构状态。 结构损伤识别问题是力学反问题,可作为一个优化问题来处理。由于该问题本身是一个高度非线性问题,应用常规的优化方法很难得到满意的寻优效果。近年来以遗传算法为代表的智能优化方法由于具有通用、稳健、简单和便于并行处理等优点,已经在结构健康诊断问题中得到应用。但是由于遗传算法的局部搜索能力不强,且反复的动力学分析需要很大的计算量,因此仅仅通过调整遗传算法自身算子,扩大种群规模等方法,并不能获得满意的收敛速度和识别效果。本文提出将微遗传算法、改进的正交交叉算子和多变量Solis-Wets局部搜索算法结合,组成混合正交微遗传算法,并进一步应用子结构法,降低问题求解的规模,减少计算中陷入局部极小点的可能。两种方法的结合提高了算法的搜索能力和速度,降低了对测试设备和操作的要求,提高了对复杂工程结构进行损伤识别的能力。 基于频率响应函数(FRF)与基于模态参数的损伤识别方法相比,不但省去了模态分析步骤,减少了分析误差,而且FRF在频域范围能提供更多的关于结构状态的信息描述。但是由于FRF本身所包含的数据量很大,不可能直接应用。尽管可以采用FRF的子集来描述,但是这样不可避免地会丢失一些反映系统状态的信息,因此对FRF进行有效的压缩和损伤特征提取是应用FRF识别结构损伤的基础。本文应用主成分分析和独立成分分析方法,分别提取FRF中所包含的结构状态信息,并结合Latin Hypercube采样、神经网络、混合正交微遗传算法和子结构法进行结构损伤诊断。仿真分析的诊断结果表明,该方法具有很好的识别能力和抗噪能力,且对测点的数量和分布要求不高。 结构发生损伤后,响应信号会含有突变特征。采用传统的基于纯频域分析的傅里叶变换不能得到满意的特征提取效果。小波变换在时域和频域内都具有良好的分辨力,将小波变换应用到结构损伤诊断中,时域信号经小波分析后其损伤特征会变得更加明显。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TH114

【引证文献】
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1 魏拓;;基于支持向量机和模态曲率的桥梁结构损伤识别[J];北方交通;2011年08期
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1 王贤强;温度影响下钢筋混凝土简支梁桥动力特性分析与损伤识别方法研究[D];吉林大学;2017年
2 孙杰;基于多模态参数的桥梁结构损伤识别方法研究[D];武汉理工大学;2013年
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4 宋彦君;梁式桥监测中的应变—位移转换技术及裂缝损伤识别方法研究[D];吉林大学;2012年
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10 于繁华;基于计算智能技术的桥梁结构损伤识别研究[D];吉林大学;2008年
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1 王震;基于均匀荷载面曲率差和荷载横向分布理论的多片简支桥梁损伤识别研究[D];吉林大学;2018年
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3 苑晓旭;基于计算智能的桥梁损伤识别方法抗噪性能研究[D];吉林大学;2016年
4 李维;基于结构动力特性的悬索桥损伤识别方法研究[D];重庆交通大学;2016年
5 许言平;参数信息不完备状况下桥梁结构损伤识别方法研究[D];吉林大学;2015年
6 滕亮;桥梁结构损伤识别指标比选及损伤程度识别方法研究[D];吉林大学;2014年
7 付胜;基于SVM模式识别方法的桥梁频域损伤识别[D];武汉理工大学;2014年
8 张坤;基于振型差值曲率的桥梁损伤识别方法研究[D];重庆交通大学;2013年
9 赵立彬;铝合金焊接接头疲劳损伤的非线性超声检测研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
10 熊夏青;压电智能层合结构损伤识别方法的研究[D];南京航空航天大学;2012年
【参考文献】
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10 李洪泉,董亮,吕西林;基于小波变换的结构损伤识别与试验分析[J];土木工程学报;2003年05期
【共引文献】
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1 刘玉梅;赵聪聪;熊明烨;徐文彬;张志远;;可拓学在高速轨道车辆齿轮箱运行状态监测中的应用[J];北京理工大学学报;2015年11期
2 蒋健楠;牧振伟;张佳祎;贾萍阳;;基于均匀正交设计的消力池内双层悬栅布置优化试验[J];中国水利水电科学研究院学报;2015年05期
3 许金;谷琼;蔡之华;龚文引;;基于自适应ε占优的多目标差分演化算法[J];南京师大学报(自然科学版);2015年01期
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10 张丽娜;李凤臣;彭必全;袁青竹;郑喜亮;;HHT法的基本原理及其应用探讨[J];东华理工大学学报(自然科学版);2013年04期
【同被引文献】
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1 李宏男;高东伟;伊廷华;;土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展[J];力学进展;2008年02期
2 张玲玲,马建勋;服役结构可靠性的模糊综合评判法及其应用[J];土木工程学报;2001年05期
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1 周开乐;模糊C均值聚类及其有效性检验与应用研究[D];合肥工业大学;2014年
2 尚鑫;基于动力测试的桥梁损伤识别研究[D];长安大学;2014年
3 刘鑫;桥梁结构损伤识别的模式分类和聚类识别方法研究[D];武汉理工大学;2014年
4 王蕾;大跨刚构—连续梁桥结构性能的运营环境影响与规律分析[D];哈尔滨工业大学;2013年
5 李苗;大跨度悬索桥的温度影响分析[D];中南大学;2013年
6 焦峪波;不确定条件下桥梁结构损伤识别及状态评估的模糊计算方法研究[D];吉林大学;2012年
7 叶锡均;基于环境激励的大型土木工程结构模态参数识别研究[D];华南理工大学;2012年
8 赵永满;多元过程监控与异常诊断研究[D];天津大学;2012年
9 王禾军;基于支持向量机与模糊推理的智能信息融合方法研究[D];华南理工大学;2012年
10 于秀娟;加工过程的质量异常预测与诊断方法研究[D];吉林大学;2011年
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1 侯艳芳;基于互相关函数幅值向量的随机激励下古木结构的损伤检测[D];西安建筑科技大学;2012年
2 黄振兴;震后桥梁结构时频域损伤诊断研究[D];西南交通大学;2012年
3 邑强;基于车桥耦合振动分析的公路桥梁损伤识别方法研究[D];天津大学;2012年
4 叶佳龙;304不锈钢扩散焊界面超声信号的非线性行为研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 杨怀宇;基于受损RC桥梁荷载横向分布重分布的剩余承载能力研究[D];重庆交通大学;2011年
6 焦峪波;基于曲率模态理论及神经网络的多片简支梁桥损伤识别研究[D];吉林大学;2009年
7 颜王吉;单元模态应变能灵敏度及其在结构损伤识别中的应用[D];中南大学;2008年
8 蔡正东;基于小波分析的桥梁结构损伤识别方法研究[D];武汉理工大学;2007年
9 盛朝阳;超声TOFD检测信号采集及缺陷识别方法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
10 王兴林;基于径向基网络的结构损伤识别[D];南京航空航天大学;2006年
【二级引证文献】
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1 白晓彬;基于长期监测数据的西藏古建木结构温度效应研究[D];北京交通大学;2018年
2 孙墨林;SLA中船舶交通安全目标确定的关键问题研究[D];大连海事大学;2018年
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4 王贤强;温度影响下钢筋混凝土简支梁桥动力特性分析与损伤识别方法研究[D];吉林大学;2017年
5 范刚;含软弱夹层层状岩质边坡地震响应及稳定性判识时频方法研究[D];西南交通大学;2016年
6 郝建兵;损伤可控结构的地震反应分析及设计方法研究[D];东南大学;2015年
7 孟倩;基于计算智能的煤矿自然发火预警研究[D];中国矿业大学;2015年
8 王柏璎;钢筋混凝土梁桥横向分布及服役状态评价方法研究[D];吉林大学;2015年
9 宋刚;异形桥梁优化设计与损伤识别方法研究[D];吉林大学;2015年
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1 戚世蕾;基于Hilbert谱灵敏度的钢框架结构螺栓松动损伤识别研究[D];河北大学;2018年
2 谌春光;桥梁结构损伤识别方法的研究[D];西华大学;2018年
3 周正;基于主动激励的中小型梁式桥结构损伤诊断方法研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
4 潘静雯;纤维增强复合材料弧形层合板的分层损伤识别[D];广州大学;2018年
5 程泳;基于挠度影响线的架桥机主梁损伤识别研究[D];石家庄铁道大学;2018年
6 苏彬建;基于动力特性的梁式结构损伤识别研究[D];湘潭大学;2018年
7 任敏;人工免疫系统在塔机起重臂损伤识别中的应用[D];西安建筑科技大学;2018年
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10 吴贵飞;基于实测位移影响线的桥梁结构损伤识别研究[D];北京工业大学;2017年
【二级参考文献】
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10 冉志红;李乔;;基于分形的结构损伤识别方法研究[J];四川建筑科学研究;2008年06期
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7 陈孝珍;基于静态测量数据的桥梁结构损伤识别研究[D];华中科技大学;2005年
8 袁颖;桥梁结构损伤识别方法的相关问题研究[D];大连理工大学;2006年
9 邹大力;基于计算智能的结构损伤识别研究[D];大连理工大学;2006年
10 王翔;结构损伤识别的数值方法研究[D];清华大学;2000年
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1 杨庆;基于多级贝叶斯模型修正的结构损伤识别方法研究[D];大连交通大学;2018年
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